專利名稱：用于在科里奧利表中確定機(jī)械零值的技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含在科里奧利質(zhì)量流率表中的裝置及方法，這種裝置及方法基本上消除由溫度引發(fā)的測量誤差，這種誤差是由于包含在這種表中的兩個(gè)分立的輸入通道電路之間存在的性能差別所產(chǎn)生的。
當(dāng)前，科里奧利表正在廣闊的商業(yè)應(yīng)用中找到越來越多的用途，作為一種精確的方法來測量各種工作流體的質(zhì)量流率。
一般說來，一個(gè)科里奧利質(zhì)量流率表包含一個(gè)或兩個(gè)平行導(dǎo)管或管子，典型情況下各導(dǎo)管是U型的流通管或管子，如在美國專利4，491，025(1985年1月1日頒發(fā)給J.E.Smith等人并歸本受讓人所有、此后稱作′025Smith專利)中所述的那樣。如′025Smith專利中所述，各流通管受驅(qū)動繞一個(gè)軸振蕩以建立一個(gè)轉(zhuǎn)動參照系。對于一個(gè)U型流通管，該軸可稱為撓曲軸。當(dāng)工作流體流經(jīng)各振蕩流通管時(shí)，流體的運(yùn)動產(chǎn)生與流體的速度及管子的角速度兩者正交的反作用科里奧利力。這些反作用科里奧利力，雖然與驅(qū)動管子的力相比是相當(dāng)小的，然而卻能導(dǎo)致各管子繞一條扭轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)，對于U型流通管而言該軸是垂直于其撓曲軸的。傳遞給各管子的扭轉(zhuǎn)量與流經(jīng)其中的工作流體的質(zhì)量流率相關(guān)。使用從安裝在一個(gè)或兩個(gè)流通管上的磁性速度傳感器所獲得的速度信號，頻繁地對這一扭轉(zhuǎn)進(jìn)行測定可以提供各流通管相對于另一個(gè)管子或一個(gè)固定參照物的完整的速度曲線圖。在雙流通管科里奧利表中，相對地驅(qū)動兩個(gè)流通管使得各流通管像一個(gè)音叉的一股那樣振蕩(振動)。這一“音叉”操作有利地基本上消除了所有可能屏蔽科里奧利力的有害振動。
在這樣一種科里奧利表中，流經(jīng)該表的流體的質(zhì)量流率一般地是與時(shí)間間隔(所謂“△t值)在正比的，該時(shí)間間隔是從位于一個(gè)流通管的一條側(cè)肢上的一個(gè)點(diǎn)越過一個(gè)予定的位置(例如一個(gè)對應(yīng)的振蕩中心平面)的瞬間到位于同一流通管的對側(cè)肢上的一個(gè)對應(yīng)點(diǎn)越過其對應(yīng)位置(例如其對應(yīng)的振蕩中心平面)的瞬間之間所經(jīng)過的時(shí)間，對于平行雙管科里奧利質(zhì)量流率表，這一時(shí)間間隔通常等于在驅(qū)動這些導(dǎo)管的基(共振)頻上兩個(gè)流通管所生成的速度信號之間的相位差。此外，各流通管振蕩的共振頻率取決于該導(dǎo)管的總質(zhì)量，即空導(dǎo)管本身的質(zhì)量加上流經(jīng)其中的所有流體的質(zhì)量。由于總質(zhì)量是隨流經(jīng)導(dǎo)管的流體的密度而變化的，同樣共振頻率也隨流全密度的變化而變化，正因如此，共振頻率可用于跟蹤流體密度的變化。
以往，在現(xiàn)有技術(shù)中為了力求生成與工作流體的質(zhì)量流率成正比的輸出信號，應(yīng)將兩個(gè)速度信號都經(jīng)過至少一些模擬電路的處理。尤其是，與各速度傳感器相關(guān)聯(lián)的輸出信號是通常通過模擬電路作用的，例如，一積分器后隨一過零檢測器(比較器)，這些模擬電路是包含在獨(dú)立的對應(yīng)輸入通道中的。在這一方面，可參照美國專利4，879，911(1989年11月14日頒發(fā)給M.J.Zolock)，4，872，351(1989年10月10日頒發(fā)給J.R.Ruesch)，4，843，890(1989年7月4日頒發(fā)給A.L.Samson等)以及4，422，338(1983年12月27日頒發(fā)給H.E.Smith)，所有這些都為本受讓人所擁有。雖然這些專利中所教導(dǎo)的各種方法在廣闊的一系列應(yīng)用中提供足夠精確的結(jié)果，然而，在這些對比文件中所公開的表以及本技術(shù)中已知的類似的科里奧利表具有共同的使用復(fù)雜的缺點(diǎn)。
具體地說，科里奧利質(zhì)量流表以檢測由兩個(gè)速度傳感器生成的信號之間的一個(gè)非常小的通道間相位差，即△T值，并將此差值變換成與質(zhì)量流率成正比的一個(gè)信號來進(jìn)行工作。雖然表面上△t值是通過時(shí)間差測量來得到的，實(shí)際上，這一值也是一種相位測定。使用這樣一種時(shí)間差測量能夠方便地提供一種精確地測定出現(xiàn)在速度傳感器信號之間的相位差的表現(xiàn)形式的方法。在本受讓人當(dāng)前所制造的科里奧利表中，這一差值在最大流量時(shí)達(dá)到大約1130lsec?？评飱W利表中的各輸入通道給予其輸入信號一些內(nèi)部相位延時(shí)。雖然這一延時(shí)的量通常是相當(dāng)小的，但與所檢測到的小的通道間相位差相比，即1301lsec或更小，它通常是有影響的。當(dāng)前存在的科里奧利表依賴于假定各輸入通道給予其對應(yīng)的速度信號一個(gè)有限的及固定的相位延時(shí)。這樣，這些科里奧利表通常依賴于在表標(biāo)定中出現(xiàn)的一個(gè)真實(shí)的零流量條件上首先測定該通道間相位差(△t)或者所指示的質(zhì)量流率。隨后，為了為當(dāng)時(shí)流經(jīng)的工作流體生成一個(gè)表面上精確的質(zhì)量流率值，在測定實(shí)際流量時(shí)，這些表將以某種方式從所測得的△t或者相應(yīng)的質(zhì)量流率值中減去該產(chǎn)生的值。
不幸的是，在實(shí)踐中，這一假設(shè)已被證明為不精確的。首先，不但各輸入通道經(jīng)常產(chǎn)生相對于另一個(gè)通道不同的內(nèi)部相位延時(shí)量，并且各通道所產(chǎn)生的相位延時(shí)是與溫度相關(guān)的，并且不同的通道對于對應(yīng)的溫度變化有不同的相位延時(shí)變化。這個(gè)溫度易變性導(dǎo)致一個(gè)溫度引起的通道間相位差。由于從實(shí)際通過表中的流量測得的相位差(△t)是相對地小的，從而在速度信號之間的測得的相位差及可歸因于由溫度引起的通道間相位差中的誤差在某些情況下是有影響的。這一誤差在當(dāng)前可獲得的科里奧利質(zhì)量流率表中通常是不考慮的。在某些情況下，這一誤差可能在質(zhì)量流率測量中造成可觀的與溫度相關(guān)的誤差，從而在一定程度上損害測量結(jié)果。
致力于避免這一誤差，本領(lǐng)域中一種著名的方法是以一個(gè)溫控外殼遮蔽一個(gè)安裝的管道科里奧利表及其電子器件。這一防止表在工作中暴露在外部溫度變化中并將該表保持在一個(gè)相對固定的溫度中的方法大大增加了表的安裝成本從而并不是對一切場合都是適用的。因此，在需要考慮安裝費(fèi)用的那些應(yīng)用場合中，通常不采用這種方法。特別是在設(shè)置在室內(nèi)并且不暴露于劇烈的溫度變化的表的那些應(yīng)用中，由溫度引發(fā)的通道間相位差所導(dǎo)致的測量誤差通常認(rèn)為是比較小且相對固定的。這樣，這一誤差通常是用戶所能容忍的。不幸的是，在表不是裝在一個(gè)溫控外殼中的其它應(yīng)用中，諸如在表中可能經(jīng)受劇烈的工作溫度波動的室外裝置中，這一誤差通常是變化的并且可能成為有影響的，因而需要加以考慮。
除了由溫度引發(fā)的通道間相位差之外，許多當(dāng)前可獲得的科里奧利質(zhì)量流率表還不利地表現(xiàn)與溫度相關(guān)的另一種測量誤差源。特別是，科里奧利表通常測定流通管的溫度，并且由于隨溫度變化的流通管的彈性的改變，根據(jù)導(dǎo)管的當(dāng)前溫度相應(yīng)地改變一個(gè)表因子值。這一改變后的表因子隨即被用于將通道間相位差(△t)值成比例地關(guān)聯(lián)到質(zhì)量流率上。流通管溫度是通過數(shù)字化一個(gè)適當(dāng)?shù)哪M溫度傳感器的輸出信號來測量的，這種傳感器的例子如鉑RTD(電阻性溫度器件)，它是安裝在一個(gè)流通管的外表面上的。這一數(shù)字化的輸出通常采用頻率信號的方式，該信號時(shí)常是由一個(gè)電壓到頻率(V/F)轉(zhuǎn)換器生成的，將這一信號在一個(gè)給定的時(shí)間間隔上求和(計(jì)算)以產(chǎn)生一個(gè)與流通管溫度成正比的累計(jì)數(shù)字值。不幸的是，在實(shí)踐中，V/F轉(zhuǎn)換器常常表現(xiàn)某些溫度偏移，這種偏移根據(jù)環(huán)境溫度的變化幅度有可能在流通管溫度測量中導(dǎo)致高達(dá)數(shù)度的誤差。這一誤差本身又將損害質(zhì)量流率。
美國專利4，817，448中(1989年4月4日頒發(fā)給J.W.Hargarten等人并為本受讓人所擁有，此后稱作′448Hargarten等人的專利)教導(dǎo)了在本技術(shù)中表面上解決科里奧利表的輸入通道的性能中與溫度相關(guān)的變化的方法。該專利公開了在科里奧利表中應(yīng)用的一種兩通道切換輸入電路。具體地，該電路包含一個(gè)位于速度傳感器的輸出端與兩個(gè)通道的輸入端之間的一個(gè)雙極雙擲FER(場效應(yīng)晶體管)開關(guān)。在一個(gè)位置上，該FET開關(guān)分別將左右速度傳感器的輸出端連接到對應(yīng)的左右通道上;而在相對的位置上則將這些連接反向。在每一個(gè)相繼的流通管的運(yùn)動周期上操作該開關(guān)以改變其裝置，以這一方式，每一個(gè)速度傳感器的輸出便相繼地交替作用在兩個(gè)通道上。在一個(gè)兩周期的間隔上，根據(jù)作用在兩個(gè)通道上的速度波形測定適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔，然后求它們的平均值得出一個(gè)消除了由各單一通道引起的誤差的單一時(shí)間間隔值。然后將得到的這一時(shí)間間隔值應(yīng)用于確定流經(jīng)表的質(zhì)量流率。
雖然這一方法確實(shí)基本上消除了溫度引發(fā)的通道間相位差，但它具有在一定程度上限制其實(shí)用性的缺點(diǎn)。具體地說，′448Hargarten等人的專利中所教導(dǎo)的裝置中的這一輸入電路并不包含積分器。由于缺少可以由積分器提供的任何低通濾波，所以這些輸入電路是容易受噪聲影響的。不幸的是，在該專利中所教導(dǎo)的開關(guān)方案不允許在輸入電路的開關(guān)部分中包含積分器，從而為了提供抗噪聲性必須在FET開關(guān)后面設(shè)置一個(gè)積分器，不幸的是，在這一位置上，積分器固有的相位延時(shí)就算有辦法補(bǔ)償?shù)脑捯玻荒苋菀椎丶右匝a(bǔ)償。由于該積分器不利地具有在輸入電路中構(gòu)成最大的相位延時(shí)源的趨向，加入這樣一個(gè)積分器會在測出的△t值上加上一個(gè)誤差分量，即一個(gè)未補(bǔ)償?shù)南辔谎訒r(shí)，此外，這一相位延時(shí)也隨溫度變化而變化。結(jié)果，得出的測量流率值中將包含一個(gè)誤差分量。從而，′448Hargarten等人的專利中所提出的方案對于相對地?zé)o噪聲環(huán)境只有有限的應(yīng)用也是明顯的。
因此，在本技術(shù)中存在著對提供一種基本上對環(huán)境溫度變化不敏感的并從而并不顯露明顯的不利溫度影響并且能夠提供適當(dāng)?shù)目乖肼曅缘奶峁┚_的流量與流率輸出值的科里奧利表的需求。這樣一種表應(yīng)在環(huán)境溫度的相對大范圍變化中具有可忽略不計(jì)的(如果有的話)溫度引發(fā)的測量誤差，從而允許在大量的各種應(yīng)用中使用這種表來提供高度精確的流量測量，尤其是不需要將表裝在一個(gè)溫控外殼中。因此，這樣一種表所提供的提高了的測量精度以及與之相關(guān)聯(lián)的附帶的安裝費(fèi)用的節(jié)省很可能拓廣這樣一種表的應(yīng)用范圍。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種基本上對環(huán)境溫度變化不敏感的能夠提供精確輸出測量結(jié)果的科里奧利表。
一個(gè)特定目的是提供一種基本上(如果不是完全地)消除了對溫控外殼的需求的表。
另一個(gè)特定目的是提供一種科里奧利表，其中，所測得的流量與流率值不包含可覺察的誤差(如果有的話)，否則這種誤差有可能從輸入通道中出現(xiàn)的切換瞬變過程產(chǎn)生。
按照我的發(fā)明的教導(dǎo)，通過循環(huán)進(jìn)行各通道的下述操作，特別是使用一個(gè)相對地短的周期便可完成這些以及其它的目的。這些操作是在(a)測定該通道的內(nèi)部要位延時(shí)以及(b)根據(jù)△t值測定相略流量。然后對這一(些)粗略值以所測得的相位延時(shí)值進(jìn)行補(bǔ)償，典型地是減去測得的相位延時(shí)值以得出一個(gè)經(jīng)過修正的△t值。然后使用該經(jīng)過修正的而不是象先有技術(shù)中那樣使用該粗略的△t值確定當(dāng)前值質(zhì)量流率。
具體地說，通常在現(xiàn)有的科里奧利流量表中所使用的兩個(gè)相同的輸入通道(即左的與右的)被兩對輸入通道(即，對A-C與V-C)所取代，這兩對輸入通道允許測定各通道對表現(xiàn)的當(dāng)前內(nèi)部相位延時(shí)。各通道對在測量其本身的內(nèi)部相位延時(shí)即一種“調(diào)零”模式及測定實(shí)際流量情況的△t值即一種“測量”模式之間循環(huán)操作。給定了短的循環(huán)時(shí)間，當(dāng)前相位延時(shí)值便能精確地反映當(dāng)時(shí)出現(xiàn)在各通道對的操作中的任何溫度引發(fā)的改變。一旦知道了各對的當(dāng)前內(nèi)部相位延時(shí)值，然后該值便可用于修正隨后該對在其下一測量模式中產(chǎn)生的基于流量的△t值。因?yàn)楦魍ǖ缹μ峁┑摹鱰基于流量的測量是修正了該特定的對的相關(guān)當(dāng)前內(nèi)部相位延時(shí)的，所以不論表的環(huán)境溫度及其變化是怎樣的，這些△t值并不包含任何可覺察的溫度引發(fā)的誤差成分。這樣，按照我的發(fā)明構(gòu)成的一種科里奧利表能夠便利地用于具有大的溫度變化的環(huán)境中而基本上不會因溫度變化而降低精度。
按照我的發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的教導(dǎo)，我的創(chuàng)造性流量測量電路采用三條獨(dú)立的相同輸入通道(即，通道A、B、與C)，通道間相位差測量結(jié)果是相繼地與交替地通過它們?yōu)槿龡l通道中的兩對中的每一對(即對A-C與B-C)測量出的。通道C作為一條參照通道并連續(xù)地向其提供兩個(gè)速度波形傳感器信號之一，并且對于這一較佳實(shí)施例的特定目的，將左方速度傳感器信號作為其輸入信號。對通道A與B的輸入則是左或右速度傳感器信號。雖然調(diào)零與測量模式都包含測定在一對通道中的通道間相位差，這兩種模式之間的基本差別是在調(diào)零模式中，同一速度傳感器信號是作用在該對中的兩條通道上的從而得出的通道間相位差測量值提供一個(gè)該對的內(nèi)部相位延時(shí)的測量值;而在測量模式中，左右速度信號是作用在該對中的不同的對應(yīng)通道上的，從而提供一個(gè)基于當(dāng)前流量的△t值的盡管是未經(jīng)修正的測量值，供隨后在確定當(dāng)前質(zhì)量流量與流率值中使用。雖然通道間相位差(△t)測量值是在兩種模式中都測定的，但是為了簡化問題與避免混淆，我將按照它們的出現(xiàn)區(qū)分這些值。今后，我將稱出現(xiàn)在調(diào)零模式中的那些相位測量值為通道間相位差測量值，及出現(xiàn)在測量模式中的那些為△t值。
具體地，對于在調(diào)零模式中工作的任一通道對，諸如對A-C，同一個(gè)即左速度傳感器信號作用在該對中的兩個(gè)通道的輸入端上。然后在一個(gè)所謂“調(diào)零”間隔中相繼地交重復(fù)地在這一間隔中求平均值結(jié)果測量通道間相位差測量值。理想情況下，如果這一對中的兩條通道顯示相同的內(nèi)部相位延時(shí)，即通過通道A的相位延時(shí)等于參照通道C的相位延時(shí)，則所得出的通道間相位差測量值將全為零。然而，實(shí)際上在任何瞬間，所有三條通道通常有不同的內(nèi)部相位延時(shí)。然而，由于各對的相位延時(shí)是相對于同一對照通道如通道C測出的，兩對之間的相位延時(shí)中的任何差值是由通道A與B間出現(xiàn)的內(nèi)部相位延時(shí)中的差值引起的。一旦“調(diào)零”間隔結(jié)束，該對中的非參照通道的輸入端便被切換到另一個(gè)速度傳感器信號，即右速度傳感器信號。然后，在該通道對在“測量”模式中操作以前，允許經(jīng)過一個(gè)有限的時(shí)間間隔，即包含一個(gè)所謂“切換”間隔，在測量模式中測量基于流量的△t值。切換間隔是足夠長的，使得所有由此產(chǎn)生的切換瞬變過程都能穩(wěn)定下來。
為了提供連續(xù)的流量測量，當(dāng)一對通道，例如A-C，正在調(diào)零模式中操作時(shí)，則另一對，例如B-C，正在其測量模式中操作。對于任何通道對，在其測量模式中得到的各相繼的當(dāng)前的基于流量的△t值是典型地以減去內(nèi)部相位延時(shí)的最新值為加以補(bǔ)償?shù)?，這一最新值是在該通道對的上一個(gè)調(diào)零模式中為該通道測定的。
一個(gè)通道對在測量模式中的工作時(shí)間，即測量間隔，等于另一通道在調(diào)零模式中工作的全部時(shí)間。后一時(shí)間中包括后一通道將其非參照通道輸入端從右速度傳感器信號切換到左速度傳感器信號，然后執(zhí)行調(diào)零，并最后將其非參照通道輸入端從左返回到右速度傳感信號的時(shí)間。
在測量間隔時(shí)結(jié)束時(shí)，通道對只是簡單地切換模式，作為示例，通道對B-C首先將其非參照通道輸入端從右切換到左速度傳感器信號，而通道對A-C則開始基于流量的△t測量。一旦這一輸入切換完成通道對B-C隨即進(jìn)行調(diào)零并隨著反方向上的通道切換，這時(shí)通道對A-C仍留在測量模式中，對于后繼的操作周期照此進(jìn)行。
此外，根據(jù)我的創(chuàng)造性示教，通過RTD提供的并且具體地與V/F轉(zhuǎn)換器中的溫度編移相關(guān)的流通管的溫度測量中的溫度引發(fā)的誤差也同樣有利地消除了。具體地，為了消除這些誤差，除了RTD電壓以外，兩個(gè)參照電壓有選擇地并且相繼地通過V/F轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成以計(jì)數(shù)表示的頻率值，并隨即用于定義一個(gè)將計(jì)數(shù)得出的頻率值關(guān)聯(lián)到測量得出的流通管溫度的一個(gè)線性關(guān)系，具體地說是一個(gè)比例因子。然后，只須簡單地將RTD電壓計(jì)數(shù)得出的頻率值乘以這一因子，便可得到對應(yīng)的測量得出的流通管溫度的值。由于參照電壓并不隨溫度變化可覺察地變化(如果有變化的話)，并且是在相對地短的時(shí)間周期性上通過B/F轉(zhuǎn)換器重復(fù)地轉(zhuǎn)換的，比如以0.8秒的數(shù)量級，V/F產(chǎn)生的任何溫度偏移能夠精確地反映在參照電壓本身的得出的計(jì)數(shù)頻率值中。由于溫度偏移均衡地影響參照電壓與RTD電壓兩者的計(jì)數(shù)值，但不改變它們之間的關(guān)系，當(dāng)比例因子乘以RTD電壓的計(jì)數(shù)頻率值時(shí)便可得取一個(gè)基本上與V/F轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的任何溫度偏移無關(guān)的真實(shí)溫度值。通過消除測出的溫度中的溫度引發(fā)的誤差。表因子將被適當(dāng)?shù)匦拚怪_地反應(yīng)流通管的溫度變化。
此外，雖然我的創(chuàng)造性表根據(jù)在表標(biāo)定中測得的若干無流量△t測量值確定了一個(gè)當(dāng)前機(jī)械零點(diǎn)值(即表的零流量位移值)，我的創(chuàng)造性的表的一個(gè)特征是只有在這些無流量△t測量值的噪聲含量充分地低時(shí)才在以后補(bǔ)償實(shí)際流量測量值時(shí)使用該值，否則略去該值不用。無流量△t測量的次數(shù)取決于三個(gè)因素中的任何一個(gè)(a)當(dāng)這些測量值的標(biāo)準(zhǔn)差落在一個(gè)收斂極限以下時(shí)，(b)當(dāng)用戶手動終止機(jī)械調(diào)零過程時(shí)，或者(c)當(dāng)已經(jīng)測過了這些測量值的一個(gè)予定的最大次數(shù)時(shí)。
通過下面結(jié)合附圖的詳細(xì)說明可以清楚地理解本發(fā)明的教導(dǎo)，其中

圖1是科里奧利質(zhì)量流率測量系統(tǒng)5的總體圖;
圖2描繪了圖1中所示眾所周知的表電子器件20的高層方框圖;
圖3示出圖3A與3B的圖紙的正確排列;
圖3A與3B。共同描繪根據(jù)我的當(dāng)前發(fā)明的流量測量電路30的一個(gè)較佳實(shí)施例的高層方框圖;
圖4示出圖4A與4B的圖紙的正確排列;
圖4A與4B共同描繪了圖3A與3B中所示的流量測量電路30中的通道對A-C與B-C所執(zhí)行的操作的定時(shí)圖;
圖5描繪了圖3A與3B中所示的流量測量電路30中所包含的電路70的狀態(tài)表;
圖6示出圖6A與6B的圖紙的正確排列;
圖6A與6B共同描繪圖3A與3B中所示的流量測量電路30中所包含的微處理器80所執(zhí)行的流量測量基本主循環(huán)600的簡化流程圖;
圖7示出圖7A與7B的圖紙的正確排列;
圖7A與7B共同描繪了作為圖6A與6B中所示的主循環(huán)600的一部分執(zhí)行的零點(diǎn)確定例程700的流程圖;
圖8示出圖8A與8B的圖紙的正確排列;
圖8A與8B共同描繪作為圖7A與7B中所示的零點(diǎn)確定例程700的一部分執(zhí)行的機(jī)械調(diào)零例程800的流程圖;
圖9圖解地示出在一次機(jī)械調(diào)零過程中得到的測量的△t值的標(biāo)準(zhǔn)差，即δ△t，的各對應(yīng)范圍發(fā)生的調(diào)零操作;
圖10圖解地示出可接受的與不可接受的機(jī)械零值的范圍;以及圖11示出圖3A與3B中所示的創(chuàng)造性流量測量電路30中所包含的微處理器80在周期性中斷基礎(chǔ)上執(zhí)行的RTD溫度處理例程1100的流程圖。
為了方便理解，適當(dāng)時(shí)，使用相同的參照數(shù)字來指示各圖中公共的相同元件。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀了下面的說明以后將頓然領(lǐng)會到本發(fā)明的創(chuàng)造性技術(shù)可以包含進(jìn)使用多條模擬輸入通道測量多個(gè)輸入的多種多樣的電路中。使用我的發(fā)明可有利地基本(如果不是完全地的話)消除可能由于各通道間的性能差別以及諸如溫度，老化和/或其它不同地影響其中所包含的模擬電路的現(xiàn)象所導(dǎo)致的誤差。當(dāng)然，這種用途將包含各種科里奧利表，不論這種表是測量一種工作流體的流量、流率、密度或者其它參數(shù)的。然而為了簡化的目的，我的創(chuàng)造性輸入電路將在一種雙導(dǎo)管科里奧利表的范圍中加以討論，這種表是特定地測量質(zhì)量流率并合計(jì)質(zhì)量流的。
圖1示出科里奧利質(zhì)量流測量系統(tǒng)5的總體圖。
如圖所示，系統(tǒng)5包含兩個(gè)基本部件科里奧利表組件10及表電子設(shè)置20，表組件10測量一種要求的工作流體的質(zhì)量流率。表電子設(shè)備經(jīng)由導(dǎo)線100連接到表組件10，以直觀方式提供質(zhì)量流率及質(zhì)量流合計(jì)信息。質(zhì)量流率信息是在導(dǎo)線26上以頻率型式及成比例的脈沖型式提供的。此外，為了易于與下游的過程控制和/或測量設(shè)備相連接，質(zhì)量流率信息也在導(dǎo)線26上以4-20mA(毫安)的模擬型式提供。
如圖所示，科里奧利表組件10包括一對支管110與110′;管形部件150;一對平行的流通管130與130′，驅(qū)動機(jī)構(gòu)180;一對速度檢測線圈160L與160R;以及一對永久磁鐵170L與170R。導(dǎo)管130與130′基本上是U形的，并將它們的兩端連接到導(dǎo)管安裝塊120與120′上，而后者又固定在各目的支管110與110′上，如圖1所示，通過科里奧利表組件10提供了一條連續(xù)的封閉流體路徑。具體地說，當(dāng)表10經(jīng)由入口端101與出口端101′連接進(jìn)一個(gè)載有被測量的工作流體的導(dǎo)管系統(tǒng)(未示出)中時(shí)，流體通過支管110的入口端101中的孔進(jìn)入該表并且通過其中一個(gè)具有逐漸變化的截面的通道被引到導(dǎo)管安裝塊120。在那里，流體被分流并被引導(dǎo)通過流通管130與130′。在流出通道130與130′時(shí)，工作流體在導(dǎo)管安裝塊120′中重新匯合成單一的一股，然后被引導(dǎo)到支管110′。在支管110′中，流體流經(jīng)一條具有與支管110相同的逐漸改變的截面的通道(如用虛線105所示)到達(dá)在出口端101′中的一個(gè)孔。在端101′，流體重新進(jìn)入該導(dǎo)管系統(tǒng)。管形部件150并不流通任何流體。而這一部件用于軸向?qū)?zhǔn)支管110與110′并保持它們之間具有予定的間隔量，從而使這兩個(gè)支管能夠方便地支承安裝塊120與120′以及流通管130與130′。
U形流通管130與130′是經(jīng)過選擇并適當(dāng)?shù)匕惭b在導(dǎo)管安裝塊上的，使它們分別具有繞撓曲軸W-W與W′-W′基本上相同的轉(zhuǎn)動慣量與彈性常數(shù)。這些撓曲軸是垂直地對向U形流通管的側(cè)肢并位于接近對應(yīng)的導(dǎo)管安裝塊120與120′處的。U形流通管從安裝塊以基本上平行的形式向上伸出并具有繞它們各自的撓曲軸的基本上相等的轉(zhuǎn)動慣量與相等的彈性常數(shù)。由于導(dǎo)管的彈性常數(shù)是隨溫度變化的，電阻溫度檢測器(RTD)190(通常為鉑RTD器件)安裝在流通管之一上，這里是導(dǎo)管130′，以連續(xù)地測量導(dǎo)管的溫度。導(dǎo)管的溫度并從而對于流綜RTD的一個(gè)給定的電流而跨越RTD出現(xiàn)的電壓將受到流經(jīng)該流通管的流體的溫度的影響?？缭皆揜TD出現(xiàn)的與溫度相關(guān)的電壓以一種眾所周知的方法被表電子設(shè)備20用來適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)償彈性常數(shù)的值因?qū)Ч軠囟茸兓鸬母淖?。該RTD是由導(dǎo)線195連接到表電子設(shè)備20上的。
在相反的方向上繞其各自的撓曲軸以基本上它們共同的共振頻率(通常以正弦波形)驅(qū)動這兩個(gè)流通管。在這一方式中，兩個(gè)流愛管將象一個(gè)音叉的兩股叉一樣地振動。驅(qū)動機(jī)構(gòu)280將振蕩驅(qū)動力作用在導(dǎo)管130與130′上。該驅(qū)動機(jī)構(gòu)可以由許多公知的裝置中的任何一種構(gòu)成，諸如作為說明，將一塊磁鐵安裝在流通管130′并將一個(gè)相對的線圈安裝在流通管130上，交流電流通過該線圈，以一個(gè)共同的頻率正弦振動兩個(gè)流通管。表電子設(shè)備20經(jīng)由導(dǎo)線185將一個(gè)適當(dāng)?shù)尿?qū)動信號作用在驅(qū)動機(jī)構(gòu)180上。
當(dāng)這兩個(gè)流通管在相對的方向上受到驅(qū)動時(shí)，由于有流體流經(jīng)兩個(gè)流通管，所以將沿各流通管130與130′的相鄰的側(cè)肢產(chǎn)生科里奧利力，但這兩個(gè)力是方向相反的;即在側(cè)肢131中產(chǎn)生的科里奧利力是與側(cè)肢131′中產(chǎn)生的相對的。這一現(xiàn)象之所以產(chǎn)生是因?yàn)殡m然流體基本上在相同的平行方向上流過流通管，但振蕩(振動)流通管的角速度矢量是位于雖然基本上平行但卻相反的方向上的。對應(yīng)地并且作為該科里奧利力的結(jié)果，在兩個(gè)流通管的振蕩周期的一半中，側(cè)肢131與131′將比只由驅(qū)動機(jī)構(gòu)180產(chǎn)生的流通管的振蕩運(yùn)動所引起的這兩肢之間出現(xiàn)的最小距離扭曲得更互相靠近。在下半個(gè)周期中，所生成的科里奧利力將側(cè)肢131與131′扭曲得比只由驅(qū)動機(jī)構(gòu)180生在的流通管的振蕩運(yùn)動所引起的這兩條側(cè)肢之間的最大距離更加互相分開。
在流通管的振蕩中，被強(qiáng)制靠近得比它們的對側(cè)側(cè)肢更近的兩條相鄰側(cè)肢將比它們的對側(cè)側(cè)肢更早到達(dá)它們行程的終點(diǎn)，在該點(diǎn)上它們的速度通過零點(diǎn)。從一對相鄰的側(cè)肢到達(dá)它們的行程終點(diǎn)的瞬間到對側(cè)的一對側(cè)肢，即被強(qiáng)制分開得更遠(yuǎn)的一對，到達(dá)它們對應(yīng)的終點(diǎn)的瞬間之間所經(jīng)過的時(shí)間間隔(在這里也稱作通道間相位差，或時(shí)間差或簡單地稱作“△t值)是基本上與流經(jīng)表組件10的流體的質(zhì)量流率成正比的。讀者可參閱美國專利4，491，025(1985年元月一日頒發(fā)給J.E.Smith等人)得到的剛才提出的有關(guān)平行通路科里奧利流量表的工作原理的更詳細(xì)的討論。
為了測定該時(shí)間間隔VT，在導(dǎo)管130與131′中之一靠近它們的自由端處連接線圈160L與160R，并且在另一條導(dǎo)管接近自由端處連接永久磁鐵170L與170R。磁鐵170L與170R是這樣配置的使得線圈160L與160R位于包圍對應(yīng)的永久磁鐵的空間范圍內(nèi)，在該空間范圍內(nèi)磁力線場是基本上均勻的。采取這種配置，線圈160L與160R所生在的電信號輸出提供導(dǎo)管在整個(gè)行程上的速度曲線圖，并且可通過若干種已知方法中的任何一種加以處理來確定該時(shí)間間隔，并進(jìn)而確定流經(jīng)表中的流體的質(zhì)量流率。具體地，線圈160L與160R分別生成出現(xiàn)在導(dǎo)線165L與165R上的左、右速度信號。這樣，線圈160L與160R以及對應(yīng)的磁鐵170L與170R分別構(gòu)成左與右速度傳感器。雖然表面上Vt是通過時(shí)間差測量得到的，實(shí)際上Vt是一種相位測量。在這里使用時(shí)間差測量提供了測定出現(xiàn)在左與右速度傳感器信號之間的相位差的一種體現(xiàn)的精確方法。
如所指出的，表電子設(shè)置20分別接受出現(xiàn)在導(dǎo)線195上的RTD信號以及出現(xiàn)在導(dǎo)線165L與165R上的左與右速度信號作為輸入。如所指出的，表電子設(shè)備20同時(shí)生成出現(xiàn)在導(dǎo)線185上的驅(qū)動信號。將導(dǎo)線165L、165R、185與195集體地稱作導(dǎo)線100。表電子設(shè)備處理左與右速度信號及RTD信號以確定質(zhì)量流率及流經(jīng)表組件10中的流體的質(zhì)量流總和。這一質(zhì)量流率由表電子設(shè)備20以4-20mA模擬形式在導(dǎo)線26中的相關(guān)線上提供。質(zhì)量流率信息同時(shí)在導(dǎo)線26中的一條適當(dāng)?shù)木€上以頻率形式(通常以0-10KHz的最大范圍)提供以用于連接下游設(shè)備。
圖2中描繪了本領(lǐng)域中已知的表電子設(shè)備20的方框圖。如這里所示，表電子設(shè)備20由流量測量電路23、流通管驅(qū)動電路27及顯示器29構(gòu)成。
圖2中所描繪的流通管驅(qū)動電路27經(jīng)由導(dǎo)線185向驅(qū)動機(jī)構(gòu)180提供一種適當(dāng)?shù)闹貜?fù)交替的或脈沖驅(qū)動信號。這一電路將驅(qū)動信號同步到出現(xiàn)在導(dǎo)線165L與25上的左速度信號。在工作中，電路27將兩個(gè)流通管保持在以基本共振頻率反向正弦振動運(yùn)動中。如本領(lǐng)域中所知的，這一頻率是受到若干因素制約的，其中包括管本身的各種特性以及流經(jīng)的工作流體的密度。由于電路27在本領(lǐng)域中是眾所周知的并且其具體實(shí)現(xiàn)并不構(gòu)成本發(fā)明的任何部分，對這一電路將不作進(jìn)一步詳細(xì)討論。為此，諸如可參閱諸如美國專利5，009，109(1991年4月23日頒發(fā)給P.Kalotay等人);4，934，196(1990年6月19日頒發(fā)給P、Rlmano)以及4，876，879(1989年10月31日頒發(fā)給J.Ruesch)，所有這些專利都為本受讓人所擁有并描述了流通管驅(qū)動電路的不同實(shí)施例。
流量測量電路23以已知的方法處理分別出現(xiàn)導(dǎo)線165L與165R上的左與右速度信號連同出現(xiàn)在導(dǎo)線195上的RTD信號以確定流經(jīng)表組件10中的工作流體的質(zhì)量流率及質(zhì)量流總和。得出的質(zhì)量流率信息在導(dǎo)線263(用于方便地連接附加的下游過程控制設(shè)備(未示出))上提供一個(gè)4-20mA的輸出信號，并在導(dǎo)線262(用于方便地連接一個(gè)遠(yuǎn)程總和計(jì)算裝置(也未示出))上提供一個(gè)成比例的頻率信號。出現(xiàn)在導(dǎo)線262與263上的信號構(gòu)成集體地出現(xiàn)在圖1中所示的導(dǎo)線26上的過程信號的一部分。導(dǎo)線26中的其它導(dǎo)線(未特別示出)提供流量總和信息以及其它過程參數(shù)，它們是以數(shù)字形式用于連接到適當(dāng)?shù)娘@示器、遙測裝置和/或下游處理設(shè)備的。
由于流量測量電路23生成質(zhì)量流量與總和流率信息的方法對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是熟知的，此后將只討論與本發(fā)明有密切關(guān)系的那一部分電子設(shè)備組成部分。從這一方面考慮，測量電路23包含兩條分離的輸入通道左通道202與右通道212。各通道包含一個(gè)積分器及兩個(gè)信號是作用在對應(yīng)的積分器206與216上的，它們中的每一個(gè)有效地構(gòu)成一個(gè)低通濾波器。從這些積分器得到的輸出作用在過零檢測器(實(shí)際上比較器)208與218上，每當(dāng)對應(yīng)的求積分后的速度信號超出由一個(gè)小的予先定義的正與負(fù)電平，例如±V，所定義的一個(gè)電壓總口時(shí)，各過零檢測器產(chǎn)生一個(gè)電平改變。兩個(gè)過零檢測器208與218的輸出都作為控制信號送至計(jì)數(shù)器220去測量一個(gè)以在這些輸出的對應(yīng)改變間出現(xiàn)的時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)表示的定時(shí)間隔。這一間隔便是知名的△t值并且是隨工作流體的質(zhì)量流率變化的。以計(jì)數(shù)表示的得出的△t值是并行地作為輸入數(shù)據(jù)送到處理電路235的。此外，RTD190被連接到RTD輸入電路224的一個(gè)輸入端上，該電路向RTD提供一個(gè)恒定的驅(qū)動電流，線性化跨越RTD出現(xiàn)的電壓，并使用電壓/頻率(V/F)轉(zhuǎn)換器226將這一電壓轉(zhuǎn)換成一個(gè)脈沖流，該脈沖流具有與RTD電壓中的變化成比例地變化的一個(gè)成比例的頻率。由電路224生成的脈沖流作為一個(gè)輸入作用在計(jì)數(shù)器228上，后者周期性地對該脈沖流計(jì)數(shù)并生成一個(gè)以計(jì)數(shù)表示的與所測出的溫度成比例的值。計(jì)數(shù)器228的內(nèi)容同時(shí)作為輸出數(shù)據(jù)并行地作用在處理電路235上。處理電路235(典型地，它是一個(gè)以微處理器為基礎(chǔ)的系統(tǒng))從作用在它上面的數(shù)字化的△t與溫度值確定當(dāng)前的質(zhì)量流率。關(guān)于這一點(diǎn)，該數(shù)字化溫度值被用于修正一個(gè)以流通管的當(dāng)前溫度為基礎(chǔ)的表因子值，而這樣做便計(jì)入了流通管彈性隨溫度的變化。修正后的表因子(即溫度補(bǔ)償后的表因子RF)隨后被用于從當(dāng)前測出的△t值成比例地確定質(zhì)量流率。確定了質(zhì)量流率之后，電路235隨即更新質(zhì)量流量和并同時(shí)在連接到本機(jī)的顯示器29和/或下游過程控制設(shè)備的導(dǎo)線26上提供諸如適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量流率輸出信號之類。
現(xiàn)在已經(jīng)清楚了左與右通道中所包含的模擬電路不利地在處理電路235所生成的結(jié)果質(zhì)量流量及質(zhì)量流率值中注入了某些誤差。特別是，不但各輸入通道互相之間常常具有不同的內(nèi)部相位延時(shí)量，這些延時(shí)量是從積分器的輸入端到其過零檢測器的輸出端測得的，而且各通道內(nèi)部所產(chǎn)生的相位延時(shí)是依賴于溫度的并且常常在各通道之間相對于溫度的對應(yīng)變化的變化是不同的。這樣，例如左通道202可能顯示與右通道212所顯示的不相同的依賴于溫度的變化。這種易變性導(dǎo)致一個(gè)溫度引發(fā)的通道間相位差，該相位差表現(xiàn)為所測出的△t值中的一個(gè)誤差成分。由于從流經(jīng)表中的實(shí)際流量本身得出的△t值是相對地小的，在某些情況中，這一誤差成分可能是有影響的。在當(dāng)前可得到的科里奧利質(zhì)量流率表中通常不考慮這一誤差。在一定條件下，特別是當(dāng)表是位于室外環(huán)境并遭受大范圍的溫度變動時(shí)，這一誤差有可能在質(zhì)量流率測量中加入可觀的依賴于溫度的誤差，從而在一定程度上損害這些測量值。
現(xiàn)在，撇開測出的△t值中的依賴于溫度的誤差，溫度測量電路本身也在處理電路235所生成的質(zhì)量流量及流率值中加入另一個(gè)溫度引發(fā)的測量差源。在這一方面，象幾乎所有這種轉(zhuǎn)換器一樣，包含在RTD輸入電路224中的V/F轉(zhuǎn)換器226顯示出可測量到的溫度浮動。這種根據(jù)環(huán)境溫度變化的大小的浮動可能在流通管的溫度測量中導(dǎo)致高達(dá)若干度的一個(gè)誤差。這一誤差本身又會引起修正后的表因子中的誤差，而后者本身又將損害質(zhì)量流率與質(zhì)量流總和值。
為了消除現(xiàn)有技術(shù)中的科里奧利表尤其是含有以流量測量電路23為代表的電路的那些表中的缺點(diǎn)，我研制了一種用于科里奧里表的流量測量電路的技術(shù)，這一技術(shù)有利地使得由表測出的質(zhì)量流量與質(zhì)量流率值基本上對于溫度改變是不敏感的，從而提供它們的總體精度。
特別是，根據(jù)我當(dāng)前的發(fā)明的教導(dǎo)，在先有技術(shù)流量測量電路中通常使用的兩條相同的輸入通道(即，左與右)為容許測量各通道對所顯示的相位延時(shí)的兩對輸入通道(即，對A-C與B-C)所取代。一旦知道了各通道對的相位延時(shí)的當(dāng)前值，隨后該值便被用于校正該通道對隨后所測定的基于流量的△t值。由于各通道對是在一個(gè)相對地短的周期上在測量其本身的內(nèi)部相位延時(shí)(即“調(diào)零”模式)與對實(shí)際流量條件測△t值(即“測量”模式)之間循環(huán)工作的，當(dāng)前相位延時(shí)值便能精確地反映當(dāng)時(shí)出現(xiàn)在各通道對的操作中的任何溫度引發(fā)的改變。因?yàn)橛筛魍ǖ缹λ峁┑囊浴鱰流量為基礎(chǔ)的測量值是校正了與該特定的對相關(guān)聯(lián)的當(dāng)前內(nèi)部相位延時(shí)的，不論表的環(huán)境溫度及其變化如何，這些△t值并不包含任何可覺察的溫度引發(fā)的誤差成分。這樣，按照我的發(fā)明所構(gòu)造的一種科里奧利表便能有利地用于溫度劇烈變化的環(huán)境中而基本上沒有因溫度變化而導(dǎo)致的精度降低。
具體地說，我的創(chuàng)造性流量測量電路采用三條分離的相同輸入通道(即通道A、B與C)，通過它們相繼地與交替地測量該三條通道的兩對，即對A-C與B-C，中每一對的通道間相位差測量值。通道A-C包含通道A與C;而通道對B-C包含通道B與C。通道C作為一條參照通道，并且連續(xù)地向其提供兩個(gè)速度波形傳感器信號之一作為其輸入信號，具體地為了本較佳實(shí)施例的目的，所提供的是左速度傳感器信號。對通道A與B的輸入則為左或右速度傳感器信號兩者之一。雖然在調(diào)零與測量模式中都包含測量一對通道中的通道間相位差，兩種模式間的根本區(qū)別在于在調(diào)零模式中同一(即左)速度傳感器信號是作用在該對中的兩條通道上，使得得到的通道間相位差測量提供該對的內(nèi)部相位延時(shí)的一個(gè)測量值;而在測量模式中，左與右速度信號是作用在該對中不同的對應(yīng)通道上的，從而提供以當(dāng)前的流量為基礎(chǔ)的△t值的雖然未經(jīng)校正的一個(gè)測量值，供以后在確定當(dāng)前質(zhì)量流量及流率值時(shí)使用。雖然在兩種模式中都測定通道間相位差(△t)測量值，為了簡化與避免混淆，我將用它們的出現(xiàn)來區(qū)別這些值。這樣，今后我將稱出現(xiàn)在調(diào)零模式中的相位測量值為通道間相位差測量值，而出現(xiàn)在測量模式中的相位測量值為△t值。同樣，任何通道對的通道間相位差測量值與△t值今后將一律集體地稱作定時(shí)測量值。
具體地，對任何工作在調(diào)零模式中的通道對，諸如對A-C，同一(即左)速度傳感器信號作用在該對中的兩條通道的輸入端上。然后在一個(gè)所謂“調(diào)零”間隔中相繼地并且重復(fù)地測定通道間相位差測量值并且在該間隔中將這些結(jié)果進(jìn)行平均。理想地，如果該對中的兩條通道顯示相同的內(nèi)部相位延時(shí)，即通過通道A的相位延時(shí)等于參照通道C的相位延時(shí)，則得到的通道向相位差測量值全都為零。然而，實(shí)際上在任何瞬間，所有三條通道常常具有不同的內(nèi)部相位延時(shí)。雖然如此，由于各對的相位延時(shí)是相對于全一參照通道(即通道C)測定的，兩對之間的任何相位延時(shí)差是由通道A與B之間出現(xiàn)的內(nèi)部相位延時(shí)中的差別引起的。一旦“調(diào)零”間隔終止，到該對中的非參照通道的輸入被切換到另一個(gè)速度傳感器信號，即右速度傳感器信號。然后，在該通道對工作在“測量”模式之前，允許經(jīng)過一個(gè)有限的時(shí)間間隔(即包括一個(gè)所謂“切換”間隔)，在該“測量”模式中測定以流量為基礎(chǔ)的△t值。切換間隔是長得足以使所有得出的切換瞬態(tài)能夠穩(wěn)定下來，例如，使它們的波幅下降到一個(gè)予定的電平以下。
當(dāng)一對通道，諸如A-C，正在其調(diào)零模式中工作時(shí)，另一對，諸如B-C，則正在其測量模式中工作。對于任何通道對，在其測量模式中得到的各相繼測的以流量為基礎(chǔ)的△t值是典型地以減去該通道對的前一次調(diào)零模式中為其測得的內(nèi)部相位延時(shí)的最新值為進(jìn)行補(bǔ)償?shù)摹?br> 一對通道在測量模式中工作的時(shí)間，即測量間隔，等于另一對在調(diào)零模式中工作的全部時(shí)間。后一時(shí)間(即“調(diào)零”間隔)包括后一通道將其非參照通道輸入端從右速度傳感器信號切換到左速度傳感器信號的時(shí)間(即“切換”間隔)，然后執(zhí)行調(diào)零(在一個(gè)所謂“調(diào)零”間隔中)，以及最終將其非參照通道輸入端從左切換回右速度傳感器信號的時(shí)間。注意，調(diào)零間隔包括兩個(gè)切換間隔及一個(gè)調(diào)零間隔。
在測量間隔結(jié)束時(shí)，通道對簡單地變換模式，作為示例，通道對B-C最初將其非參照通道輸入端從右切換到左速度傳感器信號，而通道對A-C則開始進(jìn)行以流量為基礎(chǔ)的△t測量。一旦這一輸入切換完成，然后通道對B-C進(jìn)行調(diào)零，隨后在反方向上進(jìn)行通道切換，而通道對A-C則保持在測量模式中，并且對于相繼的操作循環(huán)依此類推。當(dāng)一個(gè)通道對完成了開始其測量模式中的操作前的后一次切換操作以后，如果需要，該通道可以進(jìn)行一個(gè)有限時(shí)間間隔的以流量為基礎(chǔ)的△t值的測量，此后稱作“有效”間隔，為了簡化實(shí)現(xiàn)，它具有等于“調(diào)零”間隔的持續(xù)時(shí)間。由于兩條通道在“有效”間隔中都能同時(shí)提供來自兩個(gè)速度傳感器信號的以流量為基礎(chǔ)的△t值，則在理想的設(shè)有任何噪聲的情況下，隔離了與通道對相關(guān)聯(lián)的內(nèi)部相位延時(shí)之間的干擾或差別，兩條通道產(chǎn)生相同的△t值。因此，作為一種附加的校驗(yàn)，從各通道對在“有效”間隔中得到的一個(gè)或多個(gè)測得一以流量為基礎(chǔ)的△t值可以用為該對測出的相位延時(shí)的最新值加以補(bǔ)償以產(chǎn)生對應(yīng)的經(jīng)過校正的△t值的對。在每一這種對中的兩個(gè)值隨即可受互相進(jìn)行比較。這些對中任何一對的這些值間的足夠大的差異通常表明一個(gè)誤差情況。
由于通道切換只發(fā)生在其相對的通道對正在用于提供以流量為基礎(chǔ)的測量時(shí)，任何切換瞬態(tài)(以及與之相關(guān)聯(lián)的噪聲)是有效地與流量與流率測量隔離的并且有利地不影響它們。此外，通過允許在調(diào)零開始前可經(jīng)過一個(gè)適當(dāng)?shù)亻L的切換間隔，切換瞬態(tài)有利地并不影響正在調(diào)零的通道對的內(nèi)部相位延時(shí)測量值。這樣，采用我的發(fā)明的科里奧利表的性能基本上(如果不是完全地的話)不受輸入切換瞬態(tài)等的影響。
切換與調(diào)零間隔的具體時(shí)間長度并不是關(guān)鍵的。然而，由于切換瞬態(tài)消失得比較快而且更多的求平均值通常為內(nèi)部相位延時(shí)測量提供更高的精度，通常將切換間隔設(shè)置得比調(diào)零間隔短得多?？紤]到這一點(diǎn)，以管子周期來衡量的切換間隔可持續(xù)例如16-32個(gè)這種周期，而調(diào)零周期可設(shè)置為耗用例如2048個(gè)這種周期以上。
此外，按照我的創(chuàng)造性教導(dǎo)，通過RTD提供的流通管的溫度測量值中的溫度引發(fā)的誤差，特別是與V/F轉(zhuǎn)換器中的溫度波動相關(guān)聯(lián)的溫度引發(fā)的誤差也可以有利地加以消除。具體地講，為了消除這些誤差，除了RTD電壓以外，有選擇地并且相繼地通過V/F轉(zhuǎn)換器將兩個(gè)參照電壓轉(zhuǎn)換成以計(jì)數(shù)表示的頻率值，并且隨即用于定義將計(jì)數(shù)得到的頻率值關(guān)聯(lián)到所測得的流通管溫度的一個(gè)線性關(guān)系，具體地為一個(gè)比例因子，這個(gè)比例因子聯(lián)系計(jì)數(shù)得出的頻率值以測量流通管溫度。然后，只須簡單地將RTD電壓的計(jì)數(shù)得出的頻率值乘以這一因子便可求得對應(yīng)的測得的流通管溫度的值。由于參照電壓并不隨溫度變化而可覺察地變化，(如果有變化的話)并且是以相對地短的周期性各個(gè)重復(fù)地通過V/F轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的，(其周期為例如0.8秒的數(shù)量級)，由V/F產(chǎn)生的任何溫度波動能夠精確地在參照電壓本身的得到的計(jì)數(shù)頻率值中得到反映。由于溫度波動等效地影響參照電壓與RTD電壓兩者的計(jì)數(shù)值，而不改變它們之間的關(guān)系，當(dāng)將該比例因子乘以RTD電壓的計(jì)數(shù)頻率值時(shí)，便可生成一個(gè)基本上與V/F轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的任何溫度波動無關(guān)的真實(shí)溫度值。通過消除所測出的溫度中的溫度引發(fā)的誤差，表因子將被以精確地反映流通管溫度中的變化的方式加以適當(dāng)?shù)匦拚?br> A.硬件說明考慮到這一說明，在圖3A與3B中集體地描繪了創(chuàng)造性的流量測量電路30的一個(gè)較佳實(shí)施例的一個(gè)高層方框圖，并在圖3中示出了這些圖紙的正確拼接法。
本質(zhì)上，流量測量電路30包括一個(gè)輸入多路復(fù)用器以及三條相同的輸入通道-其中一種是參照通道C，一個(gè)帶有關(guān)聯(lián)的定時(shí)計(jì)數(shù)器的有限狀態(tài)機(jī)器，以及一個(gè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。對兩條非參照通道A與B的輸入是通過多路復(fù)用器由有限狀態(tài)機(jī)器在通過其各種狀態(tài)的循環(huán)中選擇的。為了為兩個(gè)通道對A-C與B-C中的各個(gè)生成定時(shí)測量值，即通道間相位差測量值與△t值，將來自三條通道的輸出作用在計(jì)數(shù)器上。由這些計(jì)數(shù)器提供的定時(shí)測量值連同來自有限狀態(tài)機(jī)器的狀態(tài)信息一起提供給微型計(jì)算機(jī)，后者本身確定質(zhì)量流率的當(dāng)前對應(yīng)值。此外，RTD輸出與兩個(gè)參照電壓是通過一個(gè)適當(dāng)?shù)妮斎腴_關(guān)、V/F轉(zhuǎn)換器及相關(guān)電路順序地轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的頻率值，并通過與有限狀態(tài)機(jī)器相關(guān)聯(lián)的定時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。為此得出的計(jì)數(shù)隨即由該計(jì)數(shù)器提交給微型計(jì)算機(jī)用于適當(dāng)?shù)匦拚硪蜃印?br> 具體地如圖所示，流量測量電路30包括三條相同的輸入通道44、54與64，這里也分別稱為通道A、C與B。此外，這一流量測量電路還包括多路復(fù)用器31、電路70、模擬開關(guān)35、參照電壓發(fā)生器39、RTD輸入電路42、微型計(jì)算機(jī)80、輸出電路90以及輸入電路95。
圖3A與3B中所示的RTD輸入電路42執(zhí)行與圖2A與2B中所示并在上面討論過和RTD輸入電路224相同的功能并且基本上包含相同的電路。
通道A與B中的每一條，其中以通道A作為示例，包含輸入模擬電路，后者只是簡單地表示為連接到一個(gè)電平檢測器的一個(gè)放大器。對于通道A，放大器46提供適當(dāng)?shù)淖笏俣葌鞲衅餍盘栞斎霝V波、電平移位以及得出的移位信號的放大。電平檢測器48(可以是一個(gè)上下限幅比較器)每當(dāng)放大器46生成的輸出信號升高到一個(gè)小的正電壓以上或降低到一個(gè)小的負(fù)電壓以下時(shí)在其輸出信號上提供一個(gè)電平改變。在這一方面，這些通道中的每一條基本上提供與圖2中所示的流量測量電路23中的對應(yīng)電路相同的功能。圖3A與3B中所示的通道C包含由放大器56與電平檢測器58表示的電路。參照通道C除了電平檢測器58所包含的為一個(gè)單一電平檢測器而不是一個(gè)上下限幅比較器以外其它方面與通道A與B是十分相似的，它檢測什么時(shí)候放大器56的輸出信號超過一個(gè)小的正電壓電平。多路復(fù)用器31是示例性地由三個(gè)分立的2至1多路復(fù)用器構(gòu)成的，它有選擇地引導(dǎo)或者出現(xiàn)在導(dǎo)線165L上的左速度傳感器信號或者出現(xiàn)在導(dǎo)線165R上的右速度傳感器信號送到三條通道中每一條的輸入端。關(guān)于這一點(diǎn)，左與右速度傳感器信號是分別作用在多路復(fù)用器31的第一(A0、B0與C0)以及第二(A1、B1與C1)輸入端上的。選擇信號S0、S1與S2的狀態(tài)指定右或左速度傳感器信號中哪一個(gè)作用在該多路復(fù)用器的三個(gè)分立的(OA、OB與OC)輸出端上。由連接到選擇輸入端S0與S1的信號RPO-A與RPO-B構(gòu)成的選擇信號33導(dǎo)致多路復(fù)用器分離地引導(dǎo)左或右速度傳感器信號兩者之一分別作為對通道A與B的輸入;而接地的選擇信號S2則導(dǎo)致多路復(fù)用器31連續(xù)地將出現(xiàn)在導(dǎo)線165L上的左速度傳感器信號引導(dǎo)到參照通道C的輸入端上。選擇信號33是由電路70中的控制邏輯72設(shè)置來執(zhí)行適當(dāng)?shù)妮斎肭袚Q的。
電路70包括控制邏輯72與定時(shí)計(jì)數(shù)器74、76與78。電路70，最好是由一個(gè)單一的特殊用途的集成電路構(gòu)成的，本質(zhì)上是一個(gè)定義一個(gè)周期性并且重復(fù)發(fā)生的定時(shí)間隔與伴隨的狀態(tài)的序列的有限狀態(tài)機(jī)器。在每一個(gè)這種定時(shí)間隔中，外部作用的輸入信號能夠起動與停止一個(gè)適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)計(jì)數(shù)器。在該間隔的結(jié)束時(shí)刻，可以以并行的格式讀取定時(shí)計(jì)數(shù)器的內(nèi)容供以后使用。當(dāng)這一電路應(yīng)用在流量測量電路30時(shí)，集合在一起作為計(jì)數(shù)器75的定時(shí)計(jì)數(shù)器74與76被分別用于確定通道對A-C與B-C的定時(shí)測量。定時(shí)計(jì)數(shù)器78是用于計(jì)數(shù)RTD輸入電路42為通過開關(guān)35作用在其上的一個(gè)選定的模擬輸入信號所生成的頻率值的?？刂七壿?2通過在導(dǎo)線79上施加一個(gè)適當(dāng)?shù)男盘栐诟鬓D(zhuǎn)換間隔之前復(fù)位這一計(jì)數(shù)器?？刂七壿?2由眾所周知的組合邏輯或其他邏輯構(gòu)成。在以管周期中的持續(xù)時(shí)間初始化了調(diào)零與切換間隔之后，控制邏輯在導(dǎo)線33上生成選擇信號來控制多路復(fù)用器31去選擇與引導(dǎo)適當(dāng)?shù)牟ㄐ蝹鞲衅餍盘柕酵ǖ繟或B中適當(dāng)?shù)囊粋€(gè)的輸入端上，使得通道對重復(fù)地并且相對立地通過它們的調(diào)零與測量模式循環(huán)進(jìn)行。此外，控制邏輯72還生成適當(dāng)?shù)目刂菩盘?，?dāng)這些信號經(jīng)由導(dǎo)線77與79作用時(shí)，為各定時(shí)間隔適當(dāng)?shù)貜?fù)位計(jì)數(shù)器76與74。此外，控制邏輯在導(dǎo)線34上生成去往模擬開關(guān)35的控制輸入端(C)的適當(dāng)?shù)倪x擇信號，這些選擇信號使得該開關(guān)將其輸入電壓中特定的一個(gè)，即出現(xiàn)在導(dǎo)線195上的RTD電壓或者兩個(gè)參照電壓中的一個(gè)(分別為1.9伏與零伏Vref1或Vref2)引導(dǎo)到RTD輸入電路42的一個(gè)輸入端供位于其中的V/F轉(zhuǎn)換器41以后轉(zhuǎn)換。參照電壓Vref1是從對照電壓發(fā)生器39本身包括一個(gè)眾所周知的對溫度變化表現(xiàn)可忽略的波動的高度穩(wěn)定的電壓源。如以后將具體參照RTD溫度處理例程1100(結(jié)合圖11討論)討論的，V/F轉(zhuǎn)換器是在時(shí)間交錯(cuò)的基礎(chǔ)上每隔0.1秒作用在模擬開關(guān)35的輸入端(其中只具體地示出了三個(gè)與本發(fā)明相關(guān)的輸入端I0、I1與I2)上的八個(gè)模擬電壓(只具體地示出并討論其中與本發(fā)明相關(guān)的三個(gè))中的被選中的每一個(gè)進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換，每0.8秒種一次用于轉(zhuǎn)換成一個(gè)對應(yīng)的頻率值?？刂七壿?2指定在任何一個(gè)時(shí)間選擇模擬開關(guān)35的輸入電壓中的哪一個(gè)。下面結(jié)合圖4與5中分別示出的狀態(tài)表400與定時(shí)圖500相當(dāng)詳細(xì)地說明電路70的狀態(tài)。
當(dāng)電路70通過其不同的狀態(tài)循環(huán)時(shí)(總共有八種狀態(tài))，這一電路將其當(dāng)前狀態(tài)的值寫入一個(gè)內(nèi)部寄存器(未示出)，當(dāng)微型計(jì)算機(jī)80訪問該寄存器時(shí)，該寄存器將這一值作用在導(dǎo)線85上。微型計(jì)算機(jī)80隨即讀取這一值，該值本身又允許微型計(jì)算機(jī)去適當(dāng)?shù)靥幚碛?jì)數(shù)器75與78經(jīng)由對應(yīng)的內(nèi)部寄存器(未示出)與導(dǎo)線87與88提供的計(jì)數(shù)值。導(dǎo)線87分別為通道對A-C與B-C向微型計(jì)算機(jī)80供應(yīng)粗糙的定時(shí)測量值，指定為RAW-RATE-A與RAW-RATE-B。取決于各通道對正在其中工作的模式，RAW-RATR-A與RAW-RATE-B將以計(jì)數(shù)表示為各通道對各提供一個(gè)單一的通道間相位差測量計(jì)算機(jī)提供RTD與參照電壓的計(jì)數(shù)頻率測量數(shù)據(jù)。此外，邏輯72還將一個(gè)值寫入另一個(gè)內(nèi)部寄存器(未專門示出)，該值指定當(dāng)時(shí)模擬開關(guān)35正在選擇哪一個(gè)模擬電壓供RTD輸入電路42轉(zhuǎn)換。該值也是經(jīng)由導(dǎo)線85被微型計(jì)算機(jī)80讀取的。
此外，微型計(jì)算機(jī)在導(dǎo)線84上作用適當(dāng)?shù)男盘栆钥刂齐娐?0的整體操作。微型計(jì)算機(jī)還通過導(dǎo)線82向控制邏輯72提供適當(dāng)?shù)牡刂沸盘栔付ㄒ粋€(gè)特定的內(nèi)部寄存器，微型計(jì)算機(jī)將從這一寄存器中讀取數(shù)據(jù)或向這一寄存器中寫入數(shù)據(jù)。
微型計(jì)算機(jī)還通過導(dǎo)線91與93分別連接到眾所周知的輸出電路90，該電路在導(dǎo)線26上提供若干標(biāo)準(zhǔn)輸出(諸如作為示例的顯示器接口、通信端口、4-20mA輸出導(dǎo)線263以及比例頻率輸出導(dǎo)線262);以及眾所周知的輸入電路95，它向表提供連接若干種眾所周知的輸入設(shè)備(諸如開關(guān)、用戶鍵盤、通信端口之類)。
微型計(jì)算機(jī)80使用市場上可購得的多種公知微處理器中的任何一種以及足夠的隨機(jī)存取存儲器(RAM)83用于數(shù)據(jù)存儲以及足夠的只讀存儲器(ROM)86用于程序與常數(shù)存儲。由于這一程序采用一種事件驅(qū)動任務(wù)體系結(jié)構(gòu)，在微型計(jì)算機(jī)中提供了一個(gè)數(shù)據(jù)庫以方便在各種任務(wù)之間傳輸也共享所測得的與計(jì)算出的數(shù)據(jù)?；谒妮斎胄畔?，具體地包含各對通道的通道間相位差測量值及△t值的定時(shí)測量值，以及計(jì)數(shù)頻率數(shù)據(jù)連同狀態(tài)信息(所有這些都是由電路70供給的)，微型計(jì)算機(jī)80計(jì)入測出的內(nèi)部相位延時(shí)適當(dāng)?shù)匦Ｕ魍ǖ缹λ傻臏y量△t值，確定一個(gè)精確的溫度補(bǔ)償?shù)谋硪蜃?，并在此以后使用校正后的△t值與這一因子確定當(dāng)前的質(zhì)量流量與質(zhì)量流率值，所有這些將在下面結(jié)合圖6A與6B中所示的流量測量基本主循環(huán)600、圖7A與7B中所示的零確定例程700、圖8A與8B中所示的機(jī)械零例程800以及圖11中所示的RTD溫度處理例程1100作更詳細(xì)的討論。
為了提供對電路70與微型計(jì)算機(jī)80之間的交互作用的徹底理解，這一討論現(xiàn)在將參照圖4A、4B與5中所示的的定時(shí)圖400及狀態(tài)表500進(jìn)行，它們集體詳細(xì)描述了電路70提供的功能以及它們之間時(shí)間上的關(guān)系。為了方便理解，在下面的討論中，讀者必須自始至終同時(shí)參照圖4A、4B及5。
圖4A與4B中所示的定時(shí)圖400定義各通道對的正常順序的模態(tài)操作以及它們之間的時(shí)間上的關(guān)系。
如上所述，每一個(gè)通道對A-C或B-C，在一個(gè)測量模式或者一個(gè)調(diào)零模式兩者之一中工作。當(dāng)一個(gè)通道對在測量模式中工作時(shí)，另一個(gè)則在調(diào)零模式中工作，而在這些模式結(jié)束時(shí)互相交換這些模式。這些模式中各個(gè)的持續(xù)時(shí)間(“模態(tài)”間隔)永遠(yuǎn)是相同的，即時(shí)間“t”。在這一方面，通道對A-C的調(diào)零模式410及通道對B-C的測量模式420同時(shí)工作，通道對A-C與B-C各自的測量模式440與調(diào)零模式450、調(diào)零模式470與測量模式480也是一樣。箭頭430、460與490表示三個(gè)相繼的模態(tài)間隔結(jié)束時(shí)通道對之間的模式轉(zhuǎn)換。
通道C被連續(xù)地供給左(L)速度傳感器信號并作為參照通道，另外兩條通道中的每一條的內(nèi)部相位延時(shí)便是相對于它不斷地測定的。然而，作用在非參照通道A與B上的輸入信號則是根據(jù)對應(yīng)通道對A-C與B-C的模式在左與右(R)速度傳感器信號之間切換的，并對各種不同的輸入配置進(jìn)行相位差測量從而為各對生成通道間相位差測量值或△t值。
具體地，當(dāng)一個(gè)通道對在測量模式中工作時(shí)，該對中的非參照通道，例如對A-C中的通道A，被供以右速度傳感器信號并且測量值是由在該對中出現(xiàn)的通道間相位差構(gòu)成的。這些測量值提供以粗流量為基礎(chǔ)的△t值。這些測量值自始至終出現(xiàn)在該通道存在于測量模式中的整個(gè)時(shí)間“t”中。在這一時(shí)間中，這些測量值被提供給微型計(jì)算機(jī)供以后處理成對應(yīng)的質(zhì)量流率值。
與之對比，任何通道對，例如對B-C，在其調(diào)零模式中以下列序列執(zhí)行四個(gè)獨(dú)立的功能(a)在切換間隔中將該對中的非參照通道的輸入端從右切換到左速度傳感器信號;(b)在調(diào)零間隔中提供該通道對的內(nèi)部相位延時(shí)的測量值(即“調(diào)零);(c)在切換間隔中現(xiàn)次將非參照通道輸入端切換回右速度傳感器信號;以及(d)允許該對對一個(gè)調(diào)零間隔“有效”，在該間隔中可進(jìn)行以流量為基礎(chǔ)的△t值的測量。由于在通道對B-C有效時(shí)相對的通道對，例如對A-C將在其測量間隔中有效地測量以流量為基礎(chǔ)的△t值，在這一“有效”間隔中兩條通道能夠同時(shí)提供同一速度傳感器信號的以流量為基礎(chǔ)的△t值。如果有必要進(jìn)行額外的誤差校驗(yàn)，微型計(jì)算機(jī)可以處理由該“有效”通道對所提供的測量值并將得到的校正后的△t值與使用另一通道對得到的那些△t值與使用另一通道對得到的那些△t值進(jìn)行比較。它們之間的充分大的差異通常表明一種誤差狀態(tài)。
如圖4A與4B中示例性地所示，每個(gè)切換間隔的持續(xù)時(shí)間是16個(gè)管周期，而每一個(gè)調(diào)零間隔則出現(xiàn)在2048個(gè)連續(xù)的管周期上。從而，由兩個(gè)交錯(cuò)的切換與調(diào)零間隔構(gòu)成的時(shí)間“t”出現(xiàn)在4128管周期上。在表初始化期間，圖3A與3B所示的微型計(jì)算機(jī)80將以管周期表示的切換與調(diào)零間隔裝入電路70并且具體地說裝入其中的控制邏輯72。
如圖5中為電路70所描繪的狀態(tài)表500所示，在正常工作中，該電路連續(xù)地通過八種狀態(tài)順序循環(huán)，示例性地指明為狀態(tài)26、46、26、66、6A、6C、6A與6E，其中兩種狀態(tài)，即狀態(tài)26與6A是重復(fù)的。
這些狀態(tài)中的每一種存在一個(gè)固定的持續(xù)時(shí)間，切換間隔或者調(diào)零間隔二者之一。在所有八種狀態(tài)中，左速度傳感器信號是連續(xù)地作用在參照通道C的輸入端上的。
在前四種狀態(tài)中(狀態(tài)26、46、26、與66)，通道對A-C工作在測量模式中(此后稱作通道A測量模式)而通道對B-C則并發(fā)地工作在其調(diào)零模式中(此后稱作通道B調(diào)零模式)。在整個(gè)通道A測量模式中，電路70在多路復(fù)用器選擇信號RPO-A上生成一個(gè)低電平，使得右速度傳感器信號被連續(xù)地作用在通道A的輸入端上。在這一模式中，如字母“X”所指明的，通道對A-C提供以流量為基礎(chǔ)的△t值并因而作為測量通道對。此外，在狀態(tài)26開始時(shí)，為了首先將通道B輸入端人右切換到左速度傳感器信號，電路70最初以在多路復(fù)用器選擇信號RPO-B上作用一個(gè)高電平來開始通道B調(diào)零模式的起始。這便開始了通道B的切換狀態(tài)26，在這一狀態(tài)中通道對B-C并不進(jìn)行測量只是提供一個(gè)足夠的時(shí)間間隔，即切換間隔tsw，使通道B上的所用切換瞬態(tài)與類似的波動2穩(wěn)定下來。一旦這一狀態(tài)結(jié)束，電路70調(diào)用通道對B-C調(diào)零狀態(tài)46。在狀態(tài)46中(它持續(xù)調(diào)零間隔tZERO)電路70連續(xù)地對通道對B-C進(jìn)行通道間相位差測量。微型計(jì)算機(jī)讀取這些測量值并加以平均以得出該通道對的內(nèi)部相位延時(shí)的一個(gè)以計(jì)數(shù)表示的測量值。在調(diào)零間隔結(jié)束時(shí)，通道B切換狀態(tài)26重新出現(xiàn)將通道B的輸入端從左速度傳感器信號切換回右速度傳感器信號。為了做到這一點(diǎn)，電路70在多路復(fù)用器選擇信號RPO-B上生成一個(gè)低電平。這一狀態(tài)，在其中在通道對B-C上不進(jìn)行測量，再一次持續(xù)一個(gè)切換間隔的長度使得通道B上的所用切換瞬態(tài)之類能夠穩(wěn)定下來。在狀態(tài)26結(jié)束時(shí)，兩條通道有效狀態(tài)65出現(xiàn)一個(gè)調(diào)零間隔的長度，在這一間隔中如有必須除了同時(shí)通過通道對A-C出現(xiàn)的那些測量值之外也可以通過通道對B-C測量以流量為基礎(chǔ)的△t測量值，兩條通道都是“有效”的。在狀態(tài)66結(jié)束時(shí)，狀態(tài)6A、6C、6A與6E順序地出現(xiàn)，它們只是在相對的通道對上提供相同的操作而已。所有的狀態(tài)按順序地重復(fù)，等等。
B.軟件說明有了上面的理解，現(xiàn)在將針對圖3A與3B中所示的微型計(jì)算機(jī)80所執(zhí)行的軟件的各方面進(jìn)行討論。由于微型計(jì)算機(jī)能執(zhí)行一系列與本發(fā)明無關(guān)的眾所周知的管理與控制功能，諸如為一個(gè)基于任務(wù)的應(yīng)用程序提供一個(gè)數(shù)據(jù)庫管理程序及一個(gè)適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)環(huán)境，因此，為了簡化下面的討論;所有這些功能及伴隨的軟件已從下面的討論中省略。
圖6描繪了流量測量基本主循環(huán)600的一個(gè)簡化的流程圖，這一例程提供基本流量測量功能。
進(jìn)入例程600時(shí)，執(zhí)行進(jìn)行到框610，在這里從電路70讀取當(dāng)前的粗相位差測量數(shù)據(jù)(RAW-RATE-A與RAW-RATE-B)及狀態(tài)信息。取決于各通道對的當(dāng)前模式，RAW-RATE-A與RAW-RATE-B將各提供以計(jì)數(shù)表示的一個(gè)單一的通道間相位差測量值或一個(gè)單一的△t值兩者之一。執(zhí)行守框610之后，執(zhí)行框620。該框執(zhí)行零點(diǎn)確定例程700，它響應(yīng)粗相位差測量值與狀態(tài)信息并且如下面詳細(xì)討論的，將當(dāng)前在測量模式中工作的通道對的相位差數(shù)據(jù)作為一個(gè)基于流量的△t值進(jìn)行處理，并將另一個(gè)通道對的相位差數(shù)據(jù)作炎一個(gè)通道間相位差測量值進(jìn)行處理。這一例程利用這一測量值來確定后一通道對的電子零值。電子零值由兩個(gè)值組成，即以與△t相同的計(jì)數(shù)表示的兩個(gè)通道對的每一對相關(guān)聯(lián)的內(nèi)部相位延時(shí)。此后，例程700確定科里奧利表的機(jī)械零點(diǎn)。機(jī)械零點(diǎn)是在△t測量中的一個(gè)修正值，如下面所述，它是在表標(biāo)定時(shí)出現(xiàn)的零流量狀態(tài)中得到的。這些操作完成之后，例程700隨即以表的機(jī)械零值是在該對在其上一次調(diào)零模式操作中事先確定的)。校正在測量模式中操作的通道對的測出的當(dāng)前△t值。
例程700全部執(zhí)行過后，執(zhí)行從框620進(jìn)行到630。在執(zhí)行后一個(gè)框時(shí)，通過一個(gè)雙桿軟件濾波器濾波框620平生的經(jīng)過校正的△t值以消除噪聲之類，從而生成一個(gè)當(dāng)前的經(jīng)過濾波的△t值。以后執(zhí)行進(jìn)行到框640，它使用當(dāng)前的經(jīng)過濾波的△t值及經(jīng)過溫度校正的流率因子計(jì)算當(dāng)前容積與質(zhì)量流率。這一溫度因子是通過在中斷基礎(chǔ)上執(zhí)行的RTD溫度處理例程1100在周期性基礎(chǔ)上加以更新的，如下面詳細(xì)說明的。
框640完成時(shí)，執(zhí)行框650。后者通過與對應(yīng)的低流量(截?cái)?極限條件進(jìn)行比較檢測容積與質(zhì)量流率值，如果這些條件得到滿足則暫時(shí)將容積與質(zhì)量流率設(shè)置為零。此后，執(zhí)行進(jìn)行到框660，當(dāng)執(zhí)行該框時(shí)，它將當(dāng)前容積與質(zhì)量流量值存儲在數(shù)據(jù)庫中供以后使用，諸如用于周期性地更新顯示、總流量讀數(shù)與/或表輸出。然后執(zhí)行循環(huán)回例程610繼續(xù)進(jìn)行。
在圖7A與7B中集體地描繪了零點(diǎn)確定例程700的流程圖，圖紙的正確拼接則示出在圖7中。這一例程包括四個(gè)獨(dú)立的段電子零點(diǎn)確定例程710，電子零點(diǎn)補(bǔ)償例程760，機(jī)械零點(diǎn)確定例程780，以及機(jī)械零點(diǎn)補(bǔ)償例程790。如上面一般性地討論的，例程700，具體地說通過例程710，確定當(dāng)前在測量模式中操作的通道對的基于當(dāng)前流量的△t值，并且確定在其調(diào)零模式中操作的另一通道對的當(dāng)前電子零點(diǎn)值。例程760以在測量模式中操作的通道對的最新電子零點(diǎn)值對來自該通道對的各當(dāng)前測定的△t值進(jìn)行補(bǔ)償。例程780確定表的機(jī)械零點(diǎn)。最后，例程790以表的機(jī)械零點(diǎn)值校正當(dāng)前在其測量模式中操作的通道對的基于流量的△t值。
具體地，在進(jìn)入例程700時(shí)，特別是進(jìn)入例程710時(shí)，執(zhí)行首先進(jìn)行到判定框703。該框判定變量STATE的值是否指示通道對A-C正在調(diào)零，即電路70的狀態(tài)是否由值“6C”給定(見圖5)。這一值是在微處理器80查詢時(shí)由電路70提供的(見圖3A與3B)。當(dāng)現(xiàn)在出現(xiàn)這一狀態(tài)時(shí)，則執(zhí)行通過由判定框703發(fā)出的YES(是)進(jìn)行到框706，如圖7A與7B中所示。在執(zhí)行后一個(gè)框時(shí)以RAW-RATE-A的當(dāng)前值更新一個(gè)總和流率變量(TORAL-RATE)的值。如在調(diào)零間隔結(jié)束時(shí)所見到的，這一總和流率值是設(shè)置為等于零的。下面，執(zhí)行框709將一個(gè)臨時(shí)標(biāo)志(TEMP-STATE)的狀態(tài)設(shè)置為一個(gè)值(ZEROING-CHANNEL-A)表示通道對A-C當(dāng)前正在進(jìn)行調(diào)零。一旦出現(xiàn)這一情況，執(zhí)行進(jìn)行到框712，在那里只將一個(gè)循環(huán)計(jì)數(shù)器(COUNTER)的值增加1。然后，執(zhí)行進(jìn)行到判定框730。另一種情況，如果變量STATE的當(dāng)前值指示通道對A-C不在調(diào)零，則執(zhí)行通過從判定框703發(fā)出的NO(非)路徑進(jìn)行到判定框715。后一個(gè)判定框檢測臨時(shí)標(biāo)志的狀態(tài)以確定通道對A-C的調(diào)零是否剛結(jié)束，即是否該標(biāo)志的值仍然等于ZEROING-CHAN-NEL-A。如果該通道對的調(diào)零剛剛結(jié)束，則判定框715經(jīng)由其YES路徑將執(zhí)行導(dǎo)向框718。在執(zhí)行后一個(gè)框(718)時(shí)計(jì)算通道對A-C的電子零點(diǎn)值，即ELECT-ZERO-A，作為已經(jīng)求出其總和的獨(dú)立測量值的一個(gè)單一的平均值，具體地說，將變量TOTAL-RATE的值除以循環(huán)計(jì)數(shù)器COUNTER的內(nèi)容。一旦出現(xiàn)了這一情況，執(zhí)行進(jìn)行到框721將臨時(shí)標(biāo)志的值設(shè)置為另一個(gè)值，在這里為NOT-ZEROING-CHANNEL-A，它表明通道對A-C不在進(jìn)行調(diào)零。此后，執(zhí)行進(jìn)行到框724，只將循環(huán)計(jì)數(shù)器與總和流率變量的值復(fù)位到零。然后，執(zhí)行進(jìn)行到判定框730。當(dāng)通過對A-C并未完成調(diào)零與并不是剛剛完成調(diào)零時(shí)，執(zhí)行也經(jīng)由從判定框715發(fā)出的NO路徑進(jìn)行到這一判定框。
框730至751提供與框703-724相同的操作，但是用于確定通道對B-C的電子零點(diǎn)的值的，即ELECT-ZERO-B。具體地，判定框730判定變量STATE的值是否表明通道對B-C正在調(diào)零，即由值“46”給定電路70的狀態(tài)(見圖5)。如果現(xiàn)在正出現(xiàn)這一狀態(tài)，則執(zhí)行經(jīng)由從判定框730發(fā)出的YES路徑進(jìn)行到框733，如圖7A與7B所示。當(dāng)執(zhí)行后一個(gè)框時(shí)，以RAW-RATE-B的當(dāng)前值更新總和流率變量TOTAL-RATE的值。如在這一調(diào)零間隔結(jié)束時(shí)將見到的，這一總和流率值是設(shè)置為等于零的。下面，執(zhí)行框736將臨時(shí)標(biāo)志的狀態(tài)TEMP-STATE設(shè)置為值(ZEROING-CHANNEL-B)指明通道對B-C現(xiàn)在正在進(jìn)行調(diào)零。一旦出現(xiàn)這一情況，執(zhí)行進(jìn)行到框739只將循環(huán)計(jì)數(shù)器COUNTER的值增加1。執(zhí)行隨即進(jìn)行到例程760。另一種情況，如果變量STATE的當(dāng)前值表明通道對B-C不在調(diào)零，則執(zhí)行經(jīng)由從判定框730發(fā)出的NO路徑進(jìn)行到判定框742。后一個(gè)判定框檢測臨時(shí)標(biāo)志的狀態(tài)以判定是否通道對B-C剛剛結(jié)束調(diào)零，即是否這一標(biāo)志的值仍然等于ZEROING-CHANNEL-B。如果該通道對剛剛結(jié)束調(diào)零，則判定框742通過其YES路徑。將執(zhí)行導(dǎo)向框745。在執(zhí)行后一框時(shí)計(jì)算通道對B-C的電子零點(diǎn)值，即ELECT-ZERO-B，作為已經(jīng)求出它們的總和的獨(dú)立測量值的一個(gè)單一的平均值，具體地，將變量TOTAL-RATE的值除以循環(huán)計(jì)數(shù)器COUNTER的內(nèi)容。一旦完成了這一計(jì)算，執(zhí)行進(jìn)行到框748將臨時(shí)標(biāo)志的值設(shè)置為另一個(gè)值，在這里為NOT-ZEROING-CHANNEL-R，它表示通道對B-C不在進(jìn)行調(diào)零。此后，執(zhí)行進(jìn)行到框751，它只將循環(huán)計(jì)數(shù)器與總和流率變量的值復(fù)位到零。執(zhí)行隨即進(jìn)行到例程760。另一種情況，如果通道對B-C并未完成與并不剛剛完成調(diào)零，執(zhí)行也進(jìn)行到這一例程，即經(jīng)由判定框742發(fā)出的NO路徑。在這一點(diǎn)上，完成了例程710的執(zhí)行。由于在任何一個(gè)時(shí)間，通道對之一在其調(diào)零模式中操作的，為些而執(zhí)行的適當(dāng)步驟在這一時(shí)間總是在確定對應(yīng)的變量ELECT-ZERO-A或ELECT-ZERO-B的當(dāng)前值，如上所述。
電子零點(diǎn)補(bǔ)償例程760只是以產(chǎn)生當(dāng)前△t測量值的特定的通道對的電子零點(diǎn)值校正。(補(bǔ)償)該當(dāng)前△t測量值。具體地，進(jìn)入這一例程時(shí)，執(zhí)行進(jìn)行到判定框763，根據(jù)當(dāng)前正在其測量模式中操作的是通道對B-C還是通道對A-C，分別將執(zhí)行導(dǎo)向框767開769。如果執(zhí)行被導(dǎo)向框767，則在執(zhí)行該框時(shí)，則從RAW-RATE-B中減去通道對B-C的電子零點(diǎn)值并將結(jié)果存儲在變量△t中。另一種情況，如果執(zhí)行被導(dǎo)向框769，則在執(zhí)行這一框時(shí)從TAW-RATE-A中減去通道對A-C的電子零點(diǎn)值并將結(jié)果存儲在變量△t中。在執(zhí)行完框767或769之后，執(zhí)行進(jìn)行到機(jī)械零點(diǎn)確定的例程780。
例程780確定表的機(jī)械零點(diǎn)的當(dāng)前值。具體地，進(jìn)入例程780時(shí)，執(zhí)行進(jìn)行到判定框781。在執(zhí)行該框時(shí)，判定是否需要找出當(dāng)前的機(jī)械零點(diǎn)值。如上面所指出的，一個(gè)機(jī)械零點(diǎn)是在表標(biāo)定中無流量條件下確定的。如果當(dāng)前正在進(jìn)行表標(biāo)定工且如果用戶通過按表電子設(shè)備上的一個(gè)適當(dāng)按鈕指示沒有流量出現(xiàn)，則判定框781將執(zhí)行經(jīng)由其YES路徑導(dǎo)向框784。后一框執(zhí)行機(jī)械零點(diǎn)例程800，如下面將詳細(xì)討論的，為表確定當(dāng)前的機(jī)械零點(diǎn)值(MECH-ZERO)。一旦確定了這一值，執(zhí)行進(jìn)行到機(jī)械零點(diǎn)補(bǔ)償例程790。如果不在進(jìn)行表標(biāo)定或者如果用戶并未指明沒有流量出現(xiàn)則執(zhí)行也經(jīng)由從判定框781發(fā)出的NO路徑進(jìn)行到例程790。
機(jī)械零點(diǎn)例程790包括框792，它在執(zhí)行時(shí)只從變量△t的值中減去當(dāng)前機(jī)械零點(diǎn)值MECH-ZERO，其結(jié)果是一個(gè)校正的△t測量值，該值以后將被過濾并被主循環(huán)600(具體為圖6中所示的框630與640)用于確定質(zhì)量流率的當(dāng)前值。一旦執(zhí)行了框792，執(zhí)行從例程710與700中出口，如圖7A與7B中所示，并返回到流量測量基本主循環(huán)600。
如上面所討論的，為了簡化軟件，例程700并不包含用于在各“有效”間隔中確定兩個(gè)通道對的對應(yīng)的校正△t值以及比較這些結(jié)果對檢測它們之間的足夠大的差別及與之關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)誤差的相應(yīng)軟件。例程700可以方便地由任何熟悉該技術(shù)的人員加以修改以加入這一軟件。
圖8A與8B一起描繪了機(jī)械零點(diǎn)例程800的流程圖;這兩張圖紙的正確拼接示出在圖8中。如上面所討論的，例程800確定表的機(jī)械零點(diǎn)的當(dāng)前值。本質(zhì)上并如上面所討論的，這一零點(diǎn)的當(dāng)前值是首先計(jì)算在表標(biāo)定中無流量條件下得到的△t值的標(biāo)準(zhǔn)偏移δ△t來確定的。這一標(biāo)準(zhǔn)偏移提供在無流量條件下出現(xiàn)在△t測量值上的噪聲的一個(gè)度量。只有當(dāng)噪聲充分低時(shí)，即標(biāo)準(zhǔn)偏移的值低于一個(gè)最小閾值時(shí)，機(jī)械零點(diǎn)的最新值才被更新以反映其當(dāng)前值;否則，只是簡單地忽略這一當(dāng)前值。用于確定標(biāo)準(zhǔn)偏移的測得△t值的數(shù)目是由下述三條準(zhǔn)則中的任何一條控制的(a)一位用戶通過按一個(gè)適當(dāng)?shù)陌粹o終止機(jī)械調(diào)零，或者(c)如果已經(jīng)取得了一個(gè)予定數(shù)目的測得△t值。此外，在以其當(dāng)前值取代其最近值以前，要進(jìn)行適當(dāng)?shù)臉O限校驗(yàn)以保證機(jī)械零點(diǎn)的當(dāng)前值位于予先定義的界限之內(nèi)。
具體地，進(jìn)入例程800時(shí)，執(zhí)行進(jìn)行到判定框803。在執(zhí)行該框時(shí)，它檢測一個(gè)標(biāo)志(ZEROSTATE)的狀態(tài)以判定是否確定機(jī)械零點(diǎn)的過程當(dāng)前正在進(jìn)行。這一標(biāo)志是由相應(yīng)的軟件(未示出)設(shè)置來起動這一過程的。如果這一過程正在進(jìn)行，判定框803互由其YES路徑將執(zhí)行導(dǎo)向框806。執(zhí)行后一個(gè)框時(shí)，以當(dāng)前△t值更新一個(gè)總和變量(ZERO-TOTAL)的值。以后將會看到，這一總和值是在調(diào)零間隔結(jié)束時(shí)設(shè)置為等于零的。一旦執(zhí)行了框806，執(zhí)行進(jìn)行到框809將一個(gè)循環(huán)計(jì)數(shù)器ZERO-COUNT的內(nèi)容增加1。此后，執(zhí)行進(jìn)行到判定框820。另一種情況，如果當(dāng)前不在確定機(jī)械零點(diǎn)值，即ZEROSTATE標(biāo)志的狀態(tài)現(xiàn)在無效，則執(zhí)行經(jīng)由從判定框803發(fā)出的NO路徑進(jìn)行到框812。后一個(gè)框?qū)ERO-STATE標(biāo)志復(fù)位到有效狀態(tài)，設(shè)置ZERO-TORAL與循環(huán)計(jì)數(shù)器ZERO-COUNT的值為零，并將變量MIN-STD-DEV的值設(shè)置為一個(gè)大的予定數(shù)(只要它充分超過標(biāo)準(zhǔn)偏移的期望值，它的具體值是無關(guān)緊要的)。此后，執(zhí)行框816復(fù)位所有與機(jī)械零點(diǎn)過程相關(guān)的誤差標(biāo)志。實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)以后，執(zhí)行進(jìn)行到判定框820。
執(zhí)行判定框820時(shí)，判定是否已經(jīng)出現(xiàn)了確定一個(gè)機(jī)械零點(diǎn)值所需的最少個(gè)數(shù)的測得的△t值，即具體地說是否循環(huán)計(jì)數(shù)器ZERO-COUNT的當(dāng)前值超過了一個(gè)予定的最小值MIN-ZERO-COUNT，后者通常等于十進(jìn)制值“100”。如果足夠數(shù)量的△t值已經(jīng)出現(xiàn)，則執(zhí)行經(jīng)由路徑872及從判定框820發(fā)出的NO路徑822從例程800出口。另一種情況，如果出現(xiàn)了最小數(shù)量的△t值則，則判定框820將執(zhí)行通過其YES路徑導(dǎo)向框823。執(zhí)行后一個(gè)框時(shí)，更新到目前為止為用于確定一個(gè)機(jī)械零點(diǎn)值而當(dāng)前已經(jīng)測定的一△t值的標(biāo)準(zhǔn)偏移δ，并將結(jié)果存儲在變量STD-DEV中。一旦這一事件出現(xiàn)，執(zhí)行進(jìn)行到判定框826，它對照一個(gè)為此而設(shè)置的最小值檢驗(yàn)得出的標(biāo)準(zhǔn)偏移值。如果得出的標(biāo)準(zhǔn)偏移小于該最小值，判定框7826將執(zhí)行經(jīng)由其YES路徑導(dǎo)向框829。后一個(gè)框計(jì)算機(jī)械零點(diǎn)的一個(gè)暫時(shí)當(dāng)前值(MECH-ZERO-TEMP)，它是在當(dāng)前的機(jī)械零點(diǎn)過程中到此為止所得到的總和△t值的一個(gè)平均值，即ZERO-TOTAL的值除以循環(huán)計(jì)數(shù)器ZERO-COUNT的內(nèi)容。一旦這一事件發(fā)生，框829將最小標(biāo)準(zhǔn)偏移值設(shè)置為等于標(biāo)準(zhǔn)偏移的當(dāng)前值。這樣做，在這一當(dāng)前機(jī)械零點(diǎn)過程中到此為止所已確定的標(biāo)準(zhǔn)偏移的最小值便總是可以以下面要討論的方式使用來判定機(jī)械零點(diǎn)的當(dāng)前值是否噪聲太大從而不能接受。一旦框829完全執(zhí)行以后，執(zhí)行進(jìn)行到判定框823。另一種情況，如果標(biāo)準(zhǔn)偏移的當(dāng)前值現(xiàn)在等于或超過其最小值時(shí)，執(zhí)行徑由判定框826發(fā)出的NO路徑也進(jìn)行到這一判定框823。
在這一點(diǎn)上，通過判定框823、836與840順序進(jìn)行三個(gè)獨(dú)立的檢測，以確定是否已經(jīng)取得了判定當(dāng)前機(jī)械零值的足夠數(shù)量△t值。這種測量繼續(xù)進(jìn)行到產(chǎn)生足夠的數(shù)量。具體地，判定框823判定標(biāo)準(zhǔn)偏移的當(dāng)前值是否小于一個(gè)收斂極限。在這一情況中，如果標(biāo)準(zhǔn)偏移隨相繼的△t值而下降，并且已降到一個(gè)予定極限值以下則任何附加的測量不大會對機(jī)械零值產(chǎn)生有害的影響。相應(yīng)地，如果標(biāo)準(zhǔn)偏移以此方式下降，則判定框823通過其YES路徑將執(zhí)行導(dǎo)向判定框843。另一種情況，如果標(biāo)準(zhǔn)偏移的當(dāng)前值仍高于收斂極限，則執(zhí)行經(jīng)由從判定框823發(fā)出的NO路徑進(jìn)行到判定框836。后一判定框判定用戶是否已經(jīng)按下一個(gè)按鈕或者已向表提出適當(dāng)?shù)闹甘窘Y(jié)束當(dāng)前的機(jī)械零點(diǎn)過程。如果用戶終止這一過程，則判定框836通過其TES路徑將執(zhí)行導(dǎo)向判定框843。另一種情況，如果用戶并未終止當(dāng)前的機(jī)械零點(diǎn)過程，則則判定框836通過其NO路徑將執(zhí)行導(dǎo)向判定框840。執(zhí)行判定框840時(shí)，判定測量△t值的最大次數(shù)MAX-COUNT是否剛剛出現(xiàn)。如果這一最大數(shù)量的測量次數(shù)，例如2000次測量，已經(jīng)出現(xiàn)，則判定框840通過其YES路徑將執(zhí)行導(dǎo)向判定框843。另一種情況，如果這種測量的最大次數(shù)并未出現(xiàn)，則為了適當(dāng)?shù)靥幚硐乱粋€(gè)相繼的△t測量值，執(zhí)行徑由從判定框840發(fā)出的NO路徑841并經(jīng)由路徑872從例程800出口。
在例程800的這一點(diǎn)上，已經(jīng)根據(jù)足夠數(shù)量的相繼的△t測量值確定了機(jī)械零點(diǎn)的一個(gè)雖然是暫時(shí)的當(dāng)前值。判定框843、846與851現(xiàn)在判定這一機(jī)械零點(diǎn)值是否位于予定的極限之內(nèi)，例如作為示例±3μsec(微秒)，以及這一機(jī)械零點(diǎn)值是否是相對地?zé)o噪聲的。具體地，判定框843判定當(dāng)前暫時(shí)機(jī)械零點(diǎn)值是否小于一個(gè)下限，即作為示例的-3μsec。如果在負(fù)方向上超過了這一極限，則判定框843通過其TES路徑將執(zhí)行導(dǎo)向框854。由于這表示一種錯(cuò)誤狀態(tài)，執(zhí)行框854時(shí)將一個(gè)相應(yīng)的錯(cuò)誤標(biāo)志，即MECHANICALZEROTOOLOW(機(jī)械零點(diǎn)太低)，設(shè)置為真。另一種情況，如果下限沒有在負(fù)方向上被超出，則判定框843通過其NO路徑將執(zhí)行導(dǎo)向判定框846，后一判定框判定當(dāng)前暫時(shí)機(jī)械零點(diǎn)值是否大于一個(gè)上限，即作為示例的+3μsec。如果，在正方向超過了這一極限，則判定框846通過其YES路徑將執(zhí)行導(dǎo)向框859。由于這表示一種錯(cuò)誤狀態(tài)，執(zhí)行框859時(shí)將一個(gè)相應(yīng)的錯(cuò)誤標(biāo)志，即MECHANICALZEROTOOHIGH(機(jī)械零點(diǎn)太高)，設(shè)置為真。上下±3μsec限值是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的，作為本受讓人當(dāng)前制造的表的所有以無流量為基礎(chǔ)的△t值所必須位于其間的值。另一種情況，如果這兩個(gè)極限中沒有一個(gè)被超過，則判定框846通過其NO路徑將執(zhí)行導(dǎo)向判定框851。后一判定框判定暫時(shí)機(jī)械零點(diǎn)值是否充分地?zé)o噪聲，即是否所有用于生成這一值的相繼的△t值都具有小于給定的變化量，這時(shí)通過將現(xiàn)在的最小標(biāo)準(zhǔn)偏移值與一個(gè)等于收斂值的一個(gè)予置的整數(shù)倍(“n”)，通常為兩倍，進(jìn)行比較而判定的。
關(guān)于這一點(diǎn)，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)偏移達(dá)到其最小值時(shí)機(jī)械零點(diǎn)的最容易重復(fù)的值往往會出現(xiàn)。似乎這是因?yàn)闇y得的△t值將受到周期性噪聲，諸如60Hz(赫茲)交流聲及其諧波的損害而出現(xiàn)的，這些交流聲與速度傳感器信號(即計(jì)數(shù)器75每一管周期被讀取一次)的采率相差拍從而產(chǎn)生在測量的△t值中出現(xiàn)的拍頻。雖然在不同的裝置中噪聲的幅值通常是變化的，但是我期望在正常操作中永遠(yuǎn)存在一些這樣的噪聲，在本受讓人所制造的表的范圍內(nèi)，速度信號具有30-180Hz范圍內(nèi)的基頻。當(dāng)噪聲與這一采樣率同相時(shí)拍頻的幅值將為最低，而隨著噪聲逐步與采樣率不同相而增加，從而導(dǎo)致在則出的無流量△t值中的易變性與誤差的增加。因此，標(biāo)準(zhǔn)偏移的最小值是用于判定得出的機(jī)械值是否噪聲太高。具體地，如果判定框851判定最小標(biāo)準(zhǔn)偏移超過了“n”倍收斂極限的限度，則當(dāng)前暫時(shí)機(jī)械零點(diǎn)值僅僅是具有太高的噪聲而被忽略。由于這一表明一種錯(cuò)誤狀態(tài)，判定框851通過其YES路徑將執(zhí)行導(dǎo)向框826。在執(zhí)行后一框時(shí)，將一個(gè)相應(yīng)的錯(cuò)誤標(biāo)志，即MECHANICALZEROTOOHIGH(機(jī)械零點(diǎn)太高)，設(shè)置為真。另一種情況，如果最小標(biāo)準(zhǔn)偏移充分地低，從而指示暫時(shí)機(jī)械零點(diǎn)值是相對地?zé)o噪聲的，則判定框851通過其NO路徑將執(zhí)行導(dǎo)向框865。后一框?qū)C(jī)械零點(diǎn)值MECH-ZERO更新為等于暫時(shí)機(jī)械零點(diǎn)值MECH-ZERO-TEMP。一旦框854、859、862或865已執(zhí)行過后，執(zhí)行進(jìn)行到框870，它將標(biāo)志ZERO-STATE的值設(shè)置為無效以反映機(jī)械零點(diǎn)過程已經(jīng)結(jié)束，現(xiàn)在已不再進(jìn)行。一旦出現(xiàn)了這一點(diǎn)，執(zhí)行便從例程800退出。
已經(jīng)描述了機(jī)械零點(diǎn)過程之后，圖9用圖形示出相關(guān)的調(diào)零操作，這些操作出現(xiàn)在能在這一過程中得到的標(biāo)準(zhǔn)偏移δ△t的各對應(yīng)范圍中。具體地，每當(dāng)δ△t值位于區(qū)域910并因而小于收斂極限(l)，調(diào)零立即停止并接受得到的機(jī)械零點(diǎn)值。對于任何位于區(qū)域920中的δ△t值并因而是大于收斂極限但小于該極限的“n”倍的，調(diào)零繼續(xù)進(jìn)行直到已經(jīng)進(jìn)行了由變量值MAX-COUNT給定的最大次數(shù)的△t測量。這一對管周期tubecycles)表示的數(shù)字定義一個(gè)最大調(diào)零間隔。對于任何位于區(qū)域930中并因而超過收斂極限的“n”倍的δ△t值，調(diào)零立即停止。相關(guān)的當(dāng)前機(jī)械零點(diǎn)值只是簡單地被忽略而采用其最近的值。
圖10圖形示出可接受與不可接受的機(jī)械零點(diǎn)值的范圍。如圖所示，錯(cuò)誤的機(jī)械零點(diǎn)值是位于區(qū)域1020并因而是在負(fù)方向上大于-3μsec的負(fù)極限的那些值或者位于區(qū)域1030并且在正方向上大于+3μsec的正極限的那些值。如果機(jī)械零點(diǎn)被判定為具有這些值，則簡單地忽略該值。只有位于區(qū)域1010中并因而在負(fù)與正極限之間的那些機(jī)械零點(diǎn)值得取接受。
圖11示出RTD溫度處理例程1100的流程圖。如上面所討論的，這一例程每隔0.8秒在周期性中斷的基礎(chǔ)上操作，以提供本質(zhì)上對RTD的溫度波動不敏感的一個(gè)數(shù)字化的流通管溫度值，并使用該值計(jì)算一個(gè)溫度補(bǔ)償?shù)谋硪蜃?RF)的當(dāng)前值。然后將該值存儲在微型計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)庫中供以后例程600在確定當(dāng)前質(zhì)量流率值中使用。
進(jìn)入例程1100時(shí)，執(zhí)行進(jìn)行到框1100。執(zhí)行這一框時(shí)，使模擬開關(guān)35將RTD電壓送至V/F轉(zhuǎn)換器41(見圖3A與3B)的輸入端用于以后的轉(zhuǎn)換。為了具體實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，微處理器80經(jīng)由導(dǎo)線82與84將適當(dāng)?shù)牡刂放c控制信號作用在電路70上并具體地作用在位于其中的控制邏輯72上。這些信號本身又指令該邏輯在導(dǎo)線34上將相應(yīng)的選擇信號作用在模擬開關(guān)上。這一事件發(fā)生后，并且經(jīng)過了一個(gè)相應(yīng)的計(jì)數(shù)間隔，圖11中所示的框1110讀取計(jì)數(shù)器78(圖3A與3B中所示)的內(nèi)容，該內(nèi)容包含一個(gè)與模擬由RTD電壓轉(zhuǎn)換的頻率成比例的計(jì)數(shù)值。此后，如圖11所示，執(zhí)行進(jìn)行到框1120。執(zhí)行這一框時(shí)，通過一個(gè)雙桿軟件過濾器(fwo-polesoftwarefiller)過濾從計(jì)數(shù)器78讀出的內(nèi)容并將得到的過濾的值存儲在臨時(shí)變量V-TO-F中。
此后，執(zhí)行框1130，它從過濾的值中消除一個(gè)零點(diǎn)偏移以產(chǎn)生一個(gè)當(dāng)前頻率值CURRENT-FREQ。這一零點(diǎn)偏移值FREQ-AT-OV是一個(gè)以作用在其上的零輸入電壓(Vrefi)而由V/F轉(zhuǎn)換器生成的一個(gè)非零的過濾的計(jì)數(shù)頻率輸出值。此后，執(zhí)行框1140計(jì)算一個(gè)比例因子FREQ-PER-C，它表示每度C的計(jì)數(shù)的數(shù)量。這一因子是簡單地由兩個(gè)參照電壓(Vref1與Vref2)，作為示例它們分別為地電位與1.9V)的過濾的計(jì)數(shù)值之間的差除以十進(jìn)制數(shù)“380”得出的。由于兩個(gè)參照電壓的計(jì)數(shù)頻率值是基本上與流通管的任何溫度變化同時(shí)得到的，因而V/F轉(zhuǎn)換器生成的任何溫度變化將在這兩個(gè)計(jì)數(shù)值中注入相等的誤差成分。由于比例因子是使用這兩個(gè)計(jì)數(shù)值之間的差而不是其中單獨(dú)的一個(gè)值的大小計(jì)算出的，比例因子的值基本上不受由于溫度波動而導(dǎo)致的計(jì)數(shù)的V/F輸出中任何移位的影響。零位移值(FREQ-AT-OV)及過濾的計(jì)數(shù)1.9V參照值(FREQ-AT-1.9V)兩者都是在每隔0.8秒的周期性中斷的基礎(chǔ)上由另一個(gè)未示出的例程確定的。這一對于任何本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員十分明白的例程使電路70將相應(yīng)的選擇信號作用在模擬開關(guān)上以首先在時(shí)間交錯(cuò)的基礎(chǔ)上將地電位(Vref1)或者1.9V(Vref1)接入V/F轉(zhuǎn)換器41的輸入端，然后順序地計(jì)數(shù)從V/F轉(zhuǎn)換器41生成的頻率值以及此后讀取并過濾這一值及存儲過濾的結(jié)果。
一旦框1140確定了比例因子，執(zhí)行進(jìn)行到框1150。該框通過將當(dāng)前頻率值除以比例因子計(jì)算RTD感測到的當(dāng)前溫度(TEMP)。此后執(zhí)行進(jìn)行到框1160。它使用一個(gè)表因子值與當(dāng)前溫度值計(jì)算溫度補(bǔ)償?shù)谋硪蜃覴F。對于一個(gè)科里奧利表，其表因子是一個(gè)已知的常數(shù)，它是在制造中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的。一旦計(jì)算出了這一溫度補(bǔ)償?shù)谋硪蜃樱瑢⑺鎯υ跀?shù)據(jù)庫中供以后在確定質(zhì)量流率中使用。然后，執(zhí)行從例程1100中退出。
本領(lǐng)域中的技術(shù)人員現(xiàn)在肯定會理解，雖然兩個(gè)通道對是并行地工作的，其中一對在其調(diào)零模式中工作而另一對則在其測量模式中工作，這些通道對可以是順序地工作的。在這一情況中，一個(gè)工作中通道對將在其調(diào)零與/或測量模式中工作而另一通道對則保持在一種備用狀態(tài)中。然后，兩通道對在各模式結(jié)束時(shí)或者在工作中的通道對順序地進(jìn)行了其調(diào)零與測量模式兩者之后周期性地從工作切換到備用狀態(tài)。由于在順序工作中，在任何時(shí)刻總有一個(gè)通道對備用狀態(tài)中，因而，為了簡化電路，可以使用一個(gè)通道對而不是兩個(gè)，該一個(gè)對永遠(yuǎn)在工作中并且連續(xù)地在其測量與調(diào)零模式之間循環(huán)。在這些情況中，當(dāng)一個(gè)有效地工作著的通道對正在進(jìn)行其調(diào)零模式時(shí)，則沒有流量測量將被進(jìn)行。從而，為代替實(shí)際流量測量值，就需假設(shè)一個(gè)在此時(shí)間內(nèi)正出現(xiàn)的流量值。因而，不論表是否只包含一個(gè)在其兩種模式中循環(huán)的物理通道對或者包含兩個(gè)對面一個(gè)對在任何時(shí)刻是無效的，在一個(gè)科里奧利表中以消除連續(xù)的流量測量而中任何時(shí)刻只有效地使用一個(gè)工作通道對有可能提供在一定程度上不精確的流量測量。反之，由于我的創(chuàng)造性的流量測量電路30永遠(yuǎn)有一個(gè)通道對在正常的流量測量操作中有效地測量任何時(shí)刻上的實(shí)際流量，該表以少許增加電路的復(fù)雜性為代價(jià)能夠提供非常精確的流量測量。
此外，雖然在任何通道對的調(diào)零模式中提供了一個(gè)“有效”間隔，例如在這一間隔中可進(jìn)行雙流量測量及它們的通道間比較，但這一間隔在必要時(shí)是可以取消的，而對表精度并無不良影響。事實(shí)上，這樣做可用一個(gè)調(diào)零間隔(即通道對將工作在“有效”間隔中的時(shí)間)縮短調(diào)零模式的持續(xù)時(shí)間或者通過適當(dāng)?shù)卦黾赢?dāng)時(shí)要進(jìn)行的內(nèi)部相位延時(shí)測量的次數(shù)延長該通道對實(shí)際調(diào)零的時(shí)間。
同樣，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員理解，雖然本公開的實(shí)施例利用U形流通管，但幾乎任意大小與形狀的流通管都可使用只要導(dǎo)管能夠繞一條軸振蕩以建立一個(gè)非慣性參考系。例如，這些導(dǎo)管可包括，但不限于，直管、S形導(dǎo)管或者環(huán)形導(dǎo)管。此外，雖然表是示出為包含兩條平行流通管的，如果需要也可使用具有一條單一的流通管或者多于兩條平行流通管(諸如三、四或甚至更多條)的實(shí)施例。
雖然這里僅示出并詳細(xì)描述了本發(fā)明的一個(gè)單一的實(shí)施例，結(jié)合本發(fā)明的教導(dǎo)仍然有許多其它變型的實(shí)施例可以容易地由本領(lǐng)域的技術(shù)人員制成。
權(quán)利要求
1.在用于測量流經(jīng)其中的一種工作流體的流率的一種科里奧利表(5)中，所述表具有至少一個(gè)流通管(130)，一種生成該表的一個(gè)機(jī)械零點(diǎn)值的方法，包括下述步驟在要測量的一種工作流體不流經(jīng)導(dǎo)管時(shí)，振蕩該導(dǎo)管；感測所述導(dǎo)管的運(yùn)動并根據(jù)所述感測到的運(yùn)動提供第一與第二信號；根據(jù)所述第一與第二傳感器信號，測量在該工作流體經(jīng)所述導(dǎo)管時(shí)第一與第二信號上的對應(yīng)點(diǎn)之間出現(xiàn)的多個(gè)相繼的時(shí)間間隔(△t)，從而形成對應(yīng)的多個(gè)測量得的無流量△t值；確定所述多個(gè)測量得的無流量△t值的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差；以及根據(jù)所述多個(gè)測量得的無流量△t值并且如果該標(biāo)準(zhǔn)差小于一個(gè)予定的極限值，生成一個(gè)當(dāng)前機(jī)械零點(diǎn)值供以后在補(bǔ)償基于流量的測量△t值中使用，從而從中確定當(dāng)時(shí)流經(jīng)所述表的工作流體的流率。
2.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括下述步驟確定所述多個(gè)中的若干個(gè)所述測得的無流量△t值并在確定所述中間機(jī)械零點(diǎn)值中在一予定最大次數(shù)的測得的無流量△t值或是在標(biāo)準(zhǔn)差以前出現(xiàn)拴部次數(shù)的測得的無流量△t值兩者之中用作較小的一個(gè)由此得以一個(gè)小于一予定的收斂極限的值。
3.權(quán)利要求2的方法，其中所述時(shí)間間隔測量步驟包括下述步驟測量至少一個(gè)予定量小數(shù)目的相繼的時(shí)間間隔，使得所述多個(gè)測量得的無流量△t值包括對一個(gè)對應(yīng)的最小數(shù)目的值。
4.權(quán)利要求3的方法，其中所述當(dāng)前機(jī)械零點(diǎn)生成步驟包括下述步驟計(jì)算作為多個(gè)測量得的無流量△t的一個(gè)平均值的所述中間值。
5.權(quán)利要求4的方法，其中所述確定步驟包括更新步驟，根據(jù)各相繼測量得的無流量△t值的出現(xiàn)，用所述相繼測量得的無流量△t值的出現(xiàn)，用所述相繼測量得的無流量△t值更新所述多個(gè)測量得的無流量△t值的標(biāo)準(zhǔn)差。
6.權(quán)利要求5的方法，其中該予定的極限值是所述收斂極限的一個(gè)整數(shù)倍。
7.權(quán)利要求3的方法，其中所述當(dāng)前機(jī)械零點(diǎn)生成步驟包括下述步驟根據(jù)所述多個(gè)測量得的無流量△t值生成一個(gè)中間機(jī)械零點(diǎn)值;以及如果標(biāo)準(zhǔn)差小于予定極限值，將所述機(jī)械零點(diǎn)值設(shè)置為等于所述中間值。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述機(jī)械零點(diǎn)設(shè)置步驟包括下述步驟如果中間值位于一個(gè)予定的范圍內(nèi)，將所述機(jī)械零點(diǎn)值設(shè)置為等于所述中間值。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述當(dāng)前機(jī)械零點(diǎn)生成步驟包括下述步驟計(jì)算作為多個(gè)測量得的無流量△t值的一個(gè)平均值的中間值。
10.權(quán)利要求9的方法，其中所述確定步驟包括下述步驟根據(jù)各相繼測量得的無流量△t值的出現(xiàn)，用所述相繼測量得的無流量△t值更新所述多個(gè)測量得的無流量△t值的標(biāo)準(zhǔn)差。
11.權(quán)利要求10的方法，其中予定的極限值是所述收斂極限的一個(gè)整數(shù)倍。
12.一種用于測量流經(jīng)其中的一種工作流體的流率的科里奧利表(5)，包括至少一個(gè)流通管(130);用于振蕩該導(dǎo)管的裝置(180);裝置(160R、160L)，用于感測所述導(dǎo)管由流經(jīng)所述流通管的工作流體的通過引發(fā)的相反科里奧利力所導(dǎo)致的運(yùn)動，并用響應(yīng)所述導(dǎo)管的所述感測到的運(yùn)動生成第一與第二信號;電路裝置(30)，響應(yīng)所述第一與第二信號，用于提供所述工作流體的一個(gè)流率值，所述電路裝置包括裝置(70、80)，根據(jù)所述第一與第二傳感器信號，當(dāng)工作流體不流經(jīng)所述導(dǎo)管時(shí)，用于測量第一與第二信號上的對應(yīng)點(diǎn)之間出現(xiàn)的多個(gè)時(shí)間間隔(△t)，從而形成對應(yīng)的多個(gè)測量得的無流量△t值;裝置(823)，用于確定所述多個(gè)測量得的無流量△t值的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差;以及裝置(826，829)，根據(jù)所述多個(gè)測量得的無流量△t值并且如果標(biāo)準(zhǔn)差小于一個(gè)予定的極限值，用于生在一個(gè)當(dāng)前機(jī)械零點(diǎn)值，供以后在補(bǔ)償基于流量的測量得的△t值中應(yīng)用，從而從中確定當(dāng)時(shí)流經(jīng)所述表的工作流體的流率。
13.權(quán)利要求12的表，進(jìn)一步包括裝置(823、840)，用于確定所述多個(gè)測得的無流量△t值中的若干所述測得的無流量△t值，并用于在確定以一個(gè)予定的最大數(shù)目的測得的無流量△t值或者在其標(biāo)準(zhǔn)差以前所出現(xiàn)的總數(shù)的測得的無流量△t值兩者中較小的一個(gè)作為所述中間機(jī)械零點(diǎn)值中，得到一個(gè)小于一個(gè)予定收斂極限的值。
14.權(quán)利要求13的表，其中所述時(shí)間間隔測量裝置包括裝置(823)，用于測量至少一個(gè)予定的最小數(shù)量的相繼時(shí)間間隔，使得所述多個(gè)測量得的無流量△t值包含一個(gè)對應(yīng)最小數(shù)量的值。
15.權(quán)利要求14的表，其中所述當(dāng)前機(jī)械零點(diǎn)生成裝置包括裝置(829)，用于計(jì)算作為多個(gè)測量得的無流量△t值的一個(gè)平均值的所述中間值。
16.權(quán)利要求15的表，其中所述確定裝置包括裝置(865)，用于響應(yīng)各相繼的測量得的無流量△t值的出現(xiàn)，用所述相繼的測量得的無流量△t值更新所述多個(gè)測量的無流量△t值的標(biāo)準(zhǔn)差。
17.權(quán)利要求16的表，其中予定的極限值是所述收斂極限的一個(gè)整數(shù)值。
18.權(quán)利要求14的表，其中所述當(dāng)前機(jī)械零點(diǎn)生成裝置包括裝置(806、809)，用于根據(jù)所述多個(gè)測量得的無流量△t值生成一個(gè)中間機(jī)械零點(diǎn)值;以及裝置(826)用于在標(biāo)準(zhǔn)差小于予定的極限值時(shí)將所述機(jī)械零點(diǎn)值設(shè)置為等于所述中間值。
19.權(quán)利要求18的表，其中所述機(jī)械零點(diǎn)設(shè)置裝置包括裝置(843、846)用于在中間值位于一個(gè)予定的范圍內(nèi)時(shí)，將所述機(jī)械零點(diǎn)值設(shè)置為等于所述中間值。
20.權(quán)利要求19的表，其中所述當(dāng)前機(jī)械零點(diǎn)生成裝置包括裝置(829)，用于計(jì)算作為多個(gè)測量得的無流量△t值的一個(gè)平均值的所述中間值。
21.權(quán)利要求20的表，其中所述確定裝置包括裝置(865)，用于響應(yīng)各相繼的測量得的無流量△t值的出現(xiàn)，用所述相繼的測量得的無流量△t值更新所述多個(gè)測量得的無流量△t值的標(biāo)準(zhǔn)差。
22.權(quán)利要求21的表，其中予定的極限值是所述收斂極限的一個(gè)整數(shù)倍。
全文摘要
用于包含在一個(gè)科里奧利表(5)中的裝置及伴隨的方法，它們基本上消除了溫度引發(fā)的測量誤差，否則這些誤差是可能由包含在該表中的獨(dú)立輸入通道間所存在的性能差別產(chǎn)生的。具體地，在表中使用了兩對輸入通道(44、54、64)。在操作中，該表重復(fù)地測量這些對中每一個(gè)的內(nèi)部相位延時(shí)，然后從相繼地從各對中得到的實(shí)際基于流量的測量數(shù)據(jù)中減去與該對相關(guān)聯(lián)的延時(shí)。當(dāng)一個(gè)通道對正在測量實(shí)際流量時(shí)，另一個(gè)通道對正在測量其內(nèi)部相位延時(shí)，各通道是連續(xù)地在這些功能之間循環(huán)的。
文檔編號G01F1/84GK1068420SQ9210563
公開日1993年1月27日 申請日期1992年7月11日 優(yōu)先權(quán)日1991年7月11日
發(fā)明者羅伯特·布魯克 申請人:微型機(jī)械裝置有限公司